Kawasan otak boleh menyambung semula

Para saintis Tübingen telah menunjukkan buat kali pertama bahawa rangkaian saraf yang diedarkan secara meluas dalam otak boleh secara asasnya disusun semula mengikut keperluan.

Dengan merangsang sel-sel saraf secara eksperimen dalam hippocampus, saintis dari Institut Max Planck untuk Sibernetik Biologi di Tübingen dapat menunjukkan buat kali pertama bahawa aktiviti kawasan besar otak boleh diubah dalam jangka panjang. Dengan menggabungkan pengimejan resonans magnetik berfungsi dengan mikrostimulasi dan elektrofisiologi, mereka dapat mengikuti bagaimana populasi besar neuron menyambung semula dalam otak depan tikus. Kawasan otak ini aktif apabila kita mengingati sesuatu atau mengorientasikan diri kita. Pengetahuan yang diperoleh adalah bukti eksperimen pertama bahawa sebahagian besar otak berubah apabila proses pembelajaran berlaku. (Biologi Semasa, 10 Mac 2009)

Para saintis memanggil sifat sinapsis, sel saraf atau seluruh kawasan otak untuk berubah bergantung kepada penggunaan keplastikan neuron. Ia adalah mekanisme asas untuk pembelajaran dan proses ingatan. Peraturan pembelajaran Hebb (1949) telah menjelaskan fenomena ini dalam rangkaian neuron dengan sinaps yang dikongsi: Jika sel saraf A secara kekal dan berulang kali merangsang sel saraf B, menurut postulat ahli psikologi Donald Olding Hebb, sinaps diubah sedemikian rupa. bahawa penghantaran isyarat menjadi lebih cekap. Ini meningkatkan potensi membran dalam neuron penerima. Proses pembelajaran ini, yang boleh berlangsung dari beberapa minit hingga seumur hidup, telah dikaji secara meluas dalam hippocampus.

Sebilangan besar kajian telah menunjukkan bahawa hippocampus adalah penting untuk ingatan dan orientasi spatial pada haiwan dan manusia. Seperti korteks serebrum, hippocampus juga terdiri daripada berjuta-juta sel saraf yang disambungkan antara satu sama lain melalui sinaps. Sel-sel saraf berkomunikasi antara satu sama lain menggunakan apa yang dipanggil "potensi tindakan": impuls elektrik yang dihantar dari sel pemancar ke sel penerima. Jika potensi tindakan ini berlaku lebih kerap atau lebih cepat atau dalam cara yang lebih baik diselaraskan, ini boleh meningkatkan penghantaran isyarat antara sel, apa yang dipanggil potentiation jangka panjang (LTP).

datang: Penghantaran isyarat kemudiannya diperkukuh secara kekal. Mekanisme peneguhan ini dianggap sebagai asas pembelajaran.

Walaupun kesan potensi jangka panjang dalam hippocampus telah diketahui sejak sekian lama, sebelum ini tidak jelas bagaimana perubahan sinaptik dalam struktur ini boleh mempengaruhi aktiviti keseluruhan rangkaian neuron, seperti rangkaian kortikal, di luar hippocampus. Para saintis yang diketuai oleh Nikos Logothetis, pengarah di Institut Max Planck untuk Sibernetik Biologi, kini secara sistematik menyelidik ini buat kali pertama. Perkara istimewa tentang pemeriksaan mereka adalah gabungan kaedah yang berbeza: Walaupun tomograf resonans magnetik memberikan imej aliran darah di otak dan oleh itu merupakan ukuran tidak langsung aktiviti rangkaian saraf yang besar, elektrod di otak secara langsung mengukur potensi tindakan. dan dengan itu kekuatan pengaliran saraf. Telah ditunjukkan bahawa peningkatan yang terhasil dalam penghantaran rangsangan dikekalkan selepas rangsangan eksperimen. "Kami berjaya mengesan penyusunan semula jangka panjang dalam rangkaian saraf akibat aktiviti yang diubah pada sinaps," kata Dr. Terusan Santiago. Perubahan itu dicerminkan dalam komunikasi yang lebih baik antara hemisfera dan dalam pengukuhan sambungan dalam sistem limbik dan dalam korteks serebrum. Walaupun korteks serebrum bertanggungjawab, antara lain, untuk persepsi dan pergerakan deria, sistem limbik memproses emosi dan sebahagiannya bertanggungjawab untuk perkembangan tingkah laku naluri.

penerbitan asal

Santiago Canals, Michael Beyerlein, Hellmut Merkle & Nikos K. Logothetis: Bukti MRI Berfungsi untuk Penyusunan Semula Rangkaian Neural Terinduksi LTP. Biologi Semasa (2009), doi:10.1016/j.cub.2009.01.037

Sumber: Tübingen [mpg]