Стэнфордские ученые открывают удивительные функции мозжечка

Мозжечок (латынь для «маленького мозга») в красном.

Источник: База данных по естественным наукам / Wikimedia Commons

В неожиданном открытии нейрофизиологи в Стэнфордском университете недавно наткнулись на ранее неизвестные когнитивные функции мозжечка. В серии сложных экспериментов мышей, использующих современную технологию визуализации головного мозга, исследователи из Стэнфорда обнаружили, что специфические нейроны (клетки гранул) в мозжечке учатся и реагируют на ожидаемые награды или их отсутствие.

Новое исследование Стэнфордского института нейробиологии, «Зеркальные клетки гранулы кодируют ожидаемое вознаграждение», было опубликовано 20 марта в Интернете перед печатью в журнале Nature . ( Мозговой мозг является сестринским словом к мозгу и означает «относящийся или находящийся в мозжечке»).

В 1504 году Леонардо да Винчи произвел восковые литья человеческого мозга и придумал термин «мозжечок» (латынь для «маленького мозга») после определения двух небольших полушарий головного мозга, аккуратно заправленных под относительно широкие левые правые полушарии «головного мозга» ( Латинский для «мозга»).

Церебрум (латынь для «мозга») красным.

Источник: База данных по естественным наукам / Wikimedia Commons

На протяжении веков нейрофизиологи рассматривали мозжечок как место «немыслимых» действий, таких как координация и тонкая настройка мышечных движений.

• Голоса и Витриол в голосах слушающих голосов
• Новый подход к хронической нервной анорексии
• Внимательность в сравнении с антидепрессантами: что лучше всего работает?
• Восстановление от анорексии: как и зачем начинать
• Язык Любви

До недавнего времени оба полушария коры головного мозга и коры головного мозга в «мыслящей капле» коры головного мозга считались единственной областью когнитивных процессов. Это начинает меняться. В последние годы в широком спектре исследований впервые (впервые) показано, что мозжечок играет таинственную, но значительную роль во многих когнитивных функциях мозга.

Например, в феврале 2017 года международная группа исследователей сообщила, что мозжечок может играть ранее непредвиденную роль в изменениях головного мозга, связанных с употреблением наркотических веществ.

Эти отчеты, связывающие мозжечок и наркоманию, основывались на широком спектре новаторских исследований, опубликованных за последние два года. Эти результаты мозжечка были скомпилированы и представлены в двух разных журналах: Neuroscience & Biobehavioral Reviews и Journal of Neuroscience .

• Может ли использовать Xanax при Flying Cause PTSD?
• Не можете начать? Не может поймать?
• Хроническая усталость в контексте истории медицины
• Понимание OCD
• Лечение бессонницы Часть II – Сон в престарелых

Описывая цель первого обзора: «Разве мы игнорировали слона в комнате? Семь аргументов в пользу того, что мозжечок рассматривается как часть схемы наркомании », ученые, возглавляемые Мартой Микель Сальгадо-Араухо из UJI в Испании, описывают свою миссию, заявляя:« Наша цель – не исчерпывать обзор исследований на животных и человека, а поддерживать включение из мозжечковых изменений как части физиопатологии расстройства зависимости ».

Новые технологии и случайное обнаружение Ожидание: клетки мозжечка гранулы играют когнитивную роль в обработке вознаграждений

Исследователи Стэнфорда идентифицировали ранее неизвестную когнитивную роль клеток гранулы мозжечка (в зеленом цвете).

Источник: Предоставлено Марк Вагнер

В марте 2017 года из Стэнфорда сообщается о связи между мозжечком и кодированием ожидаемого вознаграждения в соответствии с вышеупомянутыми исследованиями мозжечка, являющимися частью схемы наркомании. Новое исследование в Стэнфорде также продвигает наше понимание таинственной силы нейронов, хранящейся в 60-миллиметровых ячейках нашего мозга. ( Хотя мозжечок составляет всего 10 процентов объема мозга, он вмещает до 80 процентов общих нейронов вашего мозга, большинство из которых являются клетками гранул ).

Одним из наиболее примечательных аспектов нового исследования в Стэнфорде является то, что исследователи случайно наткнулись на свое потенциально разрушающее землю открытие, что клетки гранул учатся и реагируют на ожидаемые награды. В некотором смысле тот факт, что исследователи не разрабатывали эксперимент с целью доказательства гипотезы, добавляет дополнительный уровень доверия к первому в своем роде открытию.

Марк Вагнер, постдоктор в Стэнфорде, провел это исследование с Тони Кимом, аспирантом в лаборатории Марка Шницера, доцентом биологии и прикладной физики.

Шницер имеет умение разрабатывать уникальные методы регистрации активности мозга у плодовых мушек, мышей и других живых животных. Недавно разработанный Schnitzer метод, называемый « двухфотонный кальциевый образ », предложил конечное разрешение, которое Вагнеру необходимо было изучить микроскопические ячейки гранулы, в то время как мыши находились в движении.

Поскольку гранулярные клетки упакованы так плотно в мозжечке, обычные методы регистрации активности клеток гранулы не очень хорошо работают, что привело к тому, что до сих пор неврологи с неполной картиной того, что реально делает мозжечок.

Эти нейронные подсчеты мозжечка и коры головного мозга основаны на исследованиях Lent, R., et al., 2012.

Источник: Предоставлено Ларри Вандервертом

Мой покойный отец, Ричард Берлланд, был неврологом 20-го века, нейрохирургом и автором The Fabric of Mind (Viking). Он был очарован непропорциональным распределением нейронов в мозжечке. Тем не менее, мой отец был разочарован технологическими ограничениями своего поколения, которые не позволили ему эмпирически доказать его «образованные догадки» о том, что мозжечок делал в своей лаборатории.

Как сломанная пластинка, он сказал: « Мы точно не знаем, что делает мозжечок. Но что бы это ни было, это многое делает. «Если бы мой отец был жив сегодня, я знаю, что он был бы над луной, чтобы увидеть, что революционная техника двухфотонного кальциевого изображения, разработанная Шницером, наконец позволяет стационарам Стэнфорда рассматривать активность клеток гранул в реальном времени.

Когда Вагнер начал свое исследование с использованием двухфотонной визуализации кальция, он просто интересовался мониторингом и регистрацией клеток гранул в реальном времени в качестве части основных функций управления двигателем мозжечка.

Чтобы изучить моторный контроль, Вагнер и его команда должны были мотивировать своих лабораторных мышей двигаться в первую очередь. Таким образом, они обусловили поощрительное поведение, которое получало дозу сахарной воды после нажатия рычага раздаточного устройства. Пока мышь толкала рычаг и получала награду, Вагнер и его команда регистрировали активность клеток гранулы в мозжечке каждой мыши.

Вагнер только ожидал, что активность клеток гранул связана с планированием и выполнением физических движений. Но в Эврика! момент, Вагнер заметил, что только некоторые гранулированные клетки выстрелили, когда мышь подтолкнула рычаг к награде. Удивительно, но другие гранулированные клетки стреляли, когда мышь ждала его или ее сладкой награды. И еще один подмножество клеток гранул выстрелил, когда Вагнер скрытно отнял ожидаемые павловские награды. Ученые пишут в реферате « Природа» своего исследования:

«Отслеживание одних и тех же клеток гранул в течение нескольких дней обучения показало, что клетки с вознаграждающими ожиданиями ответами возникли у тех, кто отвечал в начале обучения, чтобы вознаградить доставку, в то время как ответы на награждение-упущение становились сильнее по мере развития обучения. Открытие прогностического, не сенсомоторного кодирования в клетках гранул является существенным отходом от нынешнего понимания этих нейронов и значительно обогащает контекстуальную информацию, доступную для постсинаптических клеток Пуркинье, что имеет важные последствия для когнитивной обработки в мозжечке ».

В заявлении Стэнфорда соавтор Ликин Ло сказал: «На самом деле это было побочное наблюдение, что, вау, они действительно отвечают на награду». Вагнер добавил: «Мы просто не знали», потому что исторически предположение заключалось в том, что гранулированные клетки выполняют только самые основные двигательные функции, и никто не имел инструментов для пристального изучения клеток гранул в действии.

Двигаясь вперед, Вагнер и его коллеги из Стэнфорда с оптимизмом смотрят, что это открытие может привести к чему-то значительно большему. В заключение Вагнер сказал:

«Учитывая, что большая часть нейронов находится в мозжечке, относительно небольшой прогресс в интеграции мозжечка в большую картину того, как мозг решает задачи, было относительно мало, и значительная часть этого разъединения была в этом предположении, что мозжечок может только участвовать в моторных задачах. Надеюсь, что это позволит нам объединить его с исследованиями более популярных областей мозга, таких как кору головного мозга, и мы можем собрать их вместе ».

Следите за новыми исследованиями на ячейках гранул и мозжечке. Тем временем, если вы хотите прочитать мои предыдущие сообщения в журнале Psychology Today о мозжечке, нажмите на эту ссылку.