Kora mózgu (neocortex) to największa i najbardziej złożona część mózgu, która od dawna jest uważana za miejsce przechowywania długoterminowych wspomnień. Ale w jaki sposób są tam one zapisywane? Zespół uczonych z Uniwersytetu we Fryburgu pod kierunkiem prof. Johannesa Letzkusa odkrył, że mało zbadany region, znany jako warstwa niepewna (zona incerta) komunikuje się z korą mózgu w nietypowy sposób.
Czytaj też: Tajemnicze synapsy w ludzkim mózgu. U dorosłych mogą być ich nawet miliony
Sygnały zidentyfikowane w tym badaniu są ważne nie tylko dla samej pamięci, ale także dla wielu innych funkcji mózgu, jak choćby uwaga. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Neuron.
Warstwa niepewna – co to takiego?
Tworzenie i przechowywanie wspomnień jest jedną z najbardziej podstawowych funkcji mózgu. Bez niej nie tylko nie odnaleźlibyśmy się w społeczeństwie, ale nie bylibyśmy w stanie niczego się nauczyć i pamiętać przeszłych wydarzeń. Zrozumienie mechanizmów tworzenia pamięci może pomóc w leczeniu zaburzeń pamięci oraz projektowaniu oprogramowania opartego na sztucznej inteligencji.
Aby utworzyć wspomnienia, mózg musi stworzyć połączenia między sensorycznymi sygnałami “bottom-up” ze środowiska i wewnętrznie generowanymi sygnałami “top-down”, które przekazują informacje o przeszłych doświadczeniach i aktualnych celach. Te odgórne sygnały są głównym przedmiotem obecnych badań.
W ostatnich latach uczeni zaczęli identyfikować szereg takich systemów projekcji odgórnej, z których wszystkie mają kilka wspólnych cech: sygnalizują poprzez pobudzenie synaptyczne, standardowy sposób przesyłania informacji między regionami korowymi, a także wykazują wspólny reżim kodowania pamięci. Bodziec o wyuczonej istotności wywołuje silniejszą odpowiedź w tych systemach, co sugeruje, że ta pozytywna potencjalizacja jest jednym z elementów układanki, jaką jest ślad pamięciowy.
Prof. Johannes Letzkus z Uniwersytetu we Fryburgu mówi:
W przeciwieństwie do tych systemów, szlaki hamujące dalekiego zasięgu są znacznie rzadsze i mniej liczne, ale coraz więcej dowodów wskazuje na to, że nadal mogą mieć zaskakująco silny wpływ na funkcjonowanie sieci i zachowanie. Postanowiliśmy ustalić, czy takie wejścia mogą być obecne w korze mózgu, a jeśli tak, to w jaki sposób mogą one w wyjątkowy sposób przyczyniać się do pamięci.
Uczeni skupili się skupić na tzw. warstwie niepewnej mózgu. Funkcja tego regionu mózgu pozostaje tak tajemnicza, jak sugeruje jego nazwa, ale wstępne wyniki wskazują, że wysyła hamujące projekcje, które selektywnie unerwiają regiony kory mózgu ważne dla uczenia się. W celu zbadania plastyczności tego systemu na wszystkich etapach uczenia się, zastosowała innowacyjne podejście, które pozwoliło śledzić odpowiedzi poszczególnych synaps warstwy niepewnej w korze przed, w trakcie i po procesie uczenia się.
Czytaj też: Mózgi niektórych osób są bardziej pofałdowane niż innych. Wreszcie wiemy, dlaczego
Dr. Anna Schroeder z Uniwersytetu we Fryburgu dodaje:
Wyniki były uderzające. Podczas gdy około połowa synaps rozwijała silniejsze pozytywne odpowiedzi podczas uczenia się, druga połowa zrobiła dokładnie odwrotnie. W efekcie to, co zaobserwowaliśmy, było więc całkowitą redystrybucją hamowania w systemie z powodu uczenia się. Sugeruje to, że synapsy warstwy niepewnej kodują poprzednie doświadczenia w unikalny, dwukierunkowy sposób.
Szczególnie interesująca była populacja synaps, które wykazywały negatywną potencję, ponieważ ten rodzaj plastyczności nigdy wcześniej nie został zaobserwowany w odgórnie sterowanych ścieżkach pobudzających. Dalsze analizy ujawniły, że te negatywne odpowiedzi są główną siłą napędową zmian w reprezentacji bodźców, które zachodzą podczas samego uczenia się.