Jak mózg się uczy
Podstawa przodomózgowia (grupa struktur na dole przedniej części mózgu) wydaje się najistotniejsza dla realizacji funkcji poznawczych, takich jak koncentracja uwagi i uczenie się. Naukowcy nie wyjaśnili jednak do końca, w jaki sposób te zadania są realizowane. Wynika to w dużej mierze z problemów związanych z ustaleniem, który sygnał pochodzi od którego typu neuronów w tym obszarze mózgu. Aby rozwiązać ten problem, naukowcy z finansowanego przez UE projektu NBATTENTION (The role of the basal forebrain in attention and learning) opracowali metodę identyfikacji i wybiórczej rejestracji sygnałów z neuronów podstawy przodomózgowia. Zastosowali przełomowe techniki, aby badać, które neurony myszy uczestniczą w danych zadaniach poznawczych. Neurony odgrywają różne role, uwalniając różne chemiczne substancje informacyjne nazywane neuroprzekaźnikami. Mogą one powodować wzbudzenie (stymulować mózg), inhibicję (hamować lub tłumić pracę mózgu) lub modulować przetwarzanie informacji w innych strukturach mózgu. W projekcie NBATTENTION korzystano z rewolucyjnej techniki aktywacji światłem, tzw. znakowania optogentycznego, aby rejestrować sygnały poszczególnych neuronów w podstawie przodomózgowia prawidłowo zachowujących się myszy. Rejestrowano w szczególności odpowiedzi poszczególnych neuronów, gdy myszy realizowały zadania wymagające uwagi i uczenia się. Wykryto, że neurony modulatorowe wyzwalają szybkie impulsy w odpowiedzi na nagrodę i karę, zwłaszcza jeśli te bodźce są nieoczekiwane. Jako że uzyskiwane odpowiedzi korelowały ze stopniem zaskoczenia, możliwe, że te neurony odpowiadają za wzmocnienie uczenia się przez zaskoczenie. Jest to istotny mechanizm przetrwania, który umożliwia organizmowi powtarzanie czynność lub unikanie jej na podstawie wcześniejszych, niedających się przewidzieć doświadczeń. Z kolei neurony hamujące odpowiadały na bodźce zapowiadające nagrodę lub karę bardziej jednostajnym tempem impulsów. Uzyskane wyniki sugerują, że neurony modulatorowe w podstawie przodomózgowia kontrolują uczenie się poprzez szybką aktywację kory mózgowej po informacji zwrotnej o danym zachowaniu. Nie potwierdzają jednak hipotezy, że modulatorowy układ nerwowy uczestniczy w zachowaniach wymagających utrzymującej się koncentracji uwagi i czujności. Jako że neurony modulatorowe podstawy przodomózgowia odgrywają rolę w zaburzeniach poznawczych, takich jak choroby Alzheimera i Parkinsona, wyniki projektu NBATTENTION mogą znacząco poprawić rozpoznawanie i leczenie tych chorób.
Słowa kluczowe
Utrzymywanie koncentracji uwagi, uczenie się, neurony, podstawa przodomózgowia, NBATTENTION, zaburzenia poznawcze
