Rola móżdżku w procesie poznawczego uczenia się
Móżdżek to niewielka struktura w tylnej części mózgu, która odbiera i przetwarza informacje sensoryczne, zaangażowana w szereg umiejętności motorycznych i wykonywanie złożonych ruchów. U ludzi uszkodzenie móżdżku w okresie okołoporodowym wiąże się z większym ryzykiem rozwoju zaburzeń ze spektrum autyzmu. Jego dalsze badanie mogłoby zatem pomóc nam lepiej zrozumieć złożone różnice neuronalne u osób z autyzmem. „Naszym celem było zbadanie udziału móżdżku w procesach poznawczych, nauki i przetwarzania sensorycznego. Na początek chcieliśmy zbadać wkład móżdżku w naukę zadań poznawczych u myszy”, wyjaśnia Marlies Oostland(odnośnik otworzy się w nowym oknie), adiunktka neuronauki komórkowej i obwodowej na Uniwersytecie Amsterdamskim(odnośnik otworzy się w nowym oknie) i koordynatorka projektu NeuroTick. Model myszy miał wykazywać obniżoną ilość sygnałów z móżdżku, jednak wyniki sugerowały lepsze rezultaty procesu nauki. „W rzeczywistości model autyzmu u myszy wykazał poprawę konkretnych umiejętności”, mówi Oostland. „To sprawiło, że zaczęliśmy myśleć o zaburzeniach ze spektrum autyzmu nie tyle jako o zaburzeniach, ale jako o zmienności, która w określonych niszach może być adaptacyjna”.
Próba nauki u myszy
W ramach finansowanego ze środków UE projektu NeuroTick, podjętego przy wsparciu działania „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), zespół przeprowadził znany eksperyment decyzyjny. Na wąsy myszy po lewej i prawej stronie pyszczka kierowane są pojedyncze podmuchy powietrza, a w celu otrzymania nagrody zwierzęta muszą polizać się po właściwej stronie, czyli tej, na którą skierowano więcej podmuchów. Zespół projektu NeuroTick nauczył rozwiązywania tego zadania kilka grup myszy, wśród których znalazły się myszy z obniżoną ilością sygnałów z móżdżku; myszy typu dzikiego, które wystawiano na silniejsze podmuchy; myszy, w przypadku których podmuchy powietrza połączono z przerywaną aktywacją komórek Purkiniego – złożonych neuronów w móżdżku; a także takie, które poddawano ciągłej aktywacji ich komórek Purkiniego. Badacze monitorowali również reakcje behawioralne u myszy, prowadzili analizę obliczeniową w celu zidentyfikowania ukrytych stanów behawioralnych u myszy podczas nauki, a także rejestrowali aktywność różnych obszarów mózgu, jednocześnie manipulując aktywnością móżdżku.
Seria eksperymentów z nieoczekiwanymi wynikami
Zespół spodziewał się, że myszy z obniżoną ilością sygnałów z móżdżku w ogóle nie nauczą się zadania. „Jednak, ku naszemu zaskoczeniu, myszy, u których występowała mutacja, uczyły się szybciej”, dodaje Oostland. W kolejnych eksperymentach zespół uzyskał dalsze niespodziewane wyniki, sugerujące, że zarówno obniżona ilość sygnałów, jak i zwiększona aktywność móżdżku, może poprawić zdolność uczenia się. „Na podstawie naszych wyników sugerujemy, że móżdżek reguluje reaktywność sensoryczną na poziomie całego mózgu w celu regulacji wytrwałości w realizacji zadań i nauce”, wyjaśnia Oostland. Pełne badanie opublikowano jako preprint(odnośnik otworzy się w nowym oknie) na serwerze bioRxiv.
Zgłębianie zagadnienia poprzez łaskotanie szczurów
Oostland planuje teraz zbadać proces nauki i przetwarzania sensorycznego w bardziej naturalistycznych i społecznych warunkach, zwłaszcza podczas zabawy. „Początkowo będziemy łaskotać szczury, aby zbadać zaskakujące zdarzenia podczas rejestrowania aktywności neuronalnej z móżdżku i powiązanych obszarów przodomózgowia”, mówi. Chociaż zespół postawił sobie za cel zrozumienie, jak móżdżek reaguje na zaskakujące wydarzenia, ostatecznie same wyniki również okazały się zaskakujące – i doprowadziły do nowych kierunków badań. „Jest to jeden z powodów, dla których uważam naukę za tak ekscytującą dziedzinę: przesuwając granice wiedzy, dane mogą obalić naszą pierwotną hipotezę. Jestem dumna, że udało nam się złapać właściwy trop”, podsumowuje.
