Egy eddig nem azonosított, az egész agykéregre jellemző működési elvet írtak le kutatók, amely hozzájárul a tanulás korai fázisának sikerességéhez. A kutatás eredményei alapul szolgálhatnak egyes kórállapotok, például az autizmus és a skizofrénia kifejlődését vizsgáló kutatások tervezéséhez.

Eddig még nem ismerték bizonyos információk agykéregbe beépülésének a mechanizmusát

Az ELKH Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet (KOKI), a Pázmány Péter Katolikus Egyetem, valamint a BrainVisionCenter (BVC) kutatói a St. Louis-i Washington Egyetemen dolgozó kollégáikkal együttműködve a jutalmazás és a büntetés hatásának megismerése céljából egy speciális gátlósejt, a vazoaktív intesztinális polipeptid tartalmú (VIP) interneuron működését vizsgálták egerekben - olvasható az ELKH MTI-hez szerdán eljuttatott közleményében.

Az agy működésének  vizsgálatát érintő kutatásokat végeztekForrás/képillusztráció: Getty Images/Science Photo Library RM/This content is subject to copyright./Pasieka

Az agykéreg egyik funkciója, hogy modelleket készít a külvilágról, melyek segítségével megjósolható, hogy bizonyos helyzetekben és a hozzájuk tartozó környezetben milyen eseményekre számíthatunk. E modellek elengedhetetlen része az olyan információ,

amely jelzi, hogy az adott szituációban történhet-e valami számunkra hasznos vagy káros dolog.

 

Idegsejtek (neuronok).Forrás: https://www.bbc.com/news/health-48092570

Míg az előbbi eseteket előnyben részesítjük, az utóbbiakat inkább elkerülnénk. Azt azonban, hogy az agykéreg által létrehozott modellekbe hogyan épül be az ilyen információ, eddig nem értették.
A kutatók a fenti szituációkat modellezték egerekben. Apró jutalom vagy kellemetlen inger alkalmazása közben vizsgálták egy speciális gátlósejt, a vazoaktív intesztinális polipeptid tartalmú (VIP) interneuron működését.

Különleges technikát vetettek be a probléma megoldásához

Mint írták, bár az agykérgi sejteknek csupán 1 százaléka VIP sejt, ezek szerepe kulcsfontosságú. Aktivitásuk éppen azokat az idegsejteket gátolja, amelyek az agy fő sejtjeit, a piramissejteket tartják folyamatosan gátlás alatt.

Ez azt jelenti, hogy ha a VIP sejtek aktívak, a piramissejtek működése is felerősödik.

Ez pedig elengedhetetlen a tanuláshoz, másképpen fogalmazva a külvilágról készült modellek megváltoztatásához.

Neuronok az agybanForrás: Patrick Hoesly/Flickr

A közlemény szerint a VIP interneuronok szerepe az idegrendszer más sejttípusaihoz képest kevésbé feltárt. Ennek egyik oka, hogy ritkás elhelyezkedésük, kis méretük és a mérés közben létrejövő mozgási műtermékek miatt vizsgálatuk mozgó, viselkedő modellállatokon mind elektrofiziológiai, mind optikai eszközökkel technikailag nehezen kivitelezhető. Rózsa Balázs csoportjának kutatói olyan saját fejlesztésű, háromdimenziós képalkotásra alkalmas kétfoton-mikroszkópot használtak,

amelynek sebessége, felbontása, jel/zaj aránya sokkal jobb,

mint más hasonló rendszerek paraméterei.

ASpeciális mikroszkóppal vizsgálták a folyamatot ( a kép illusztráció)Forrás: PTE/Csortos Szabolcs/UnivPécs

Kepecs Ádám St. Louis-i laborjának munkatársai a mélyebb agyi régiók sejtpopulációiból származó idegi aktivitást száloptikával rögzítették.  A vizsgálatokat Szadai Zoltán, Hyun-Jae Pi és Quentin Chevy végezték Popara Lídia technikus segédletével.

Új távlatokat nyit a felfedezés az agykutatásban

A kísérletben a szomjaztatott egereknek két hangot kellett megkülönböztetniük. Vizet kaptak jutalmul, ha ezt sikeresen tették, kellemetlen léglöket érte őket "büntetésként", ha nem. Mind a jutalom, mind a büntetés a VIP sejtek erős aktivációját váltotta ki a teljes agykérgi területen.

Ez arra utal, hogy a túlélés szempontjából fontos, szervezetszintű információkat a VIP sejtek közvetítik az agykérgi mikrohálózatoknak.

Az agykéreg elektronmikroszkópos képe. Balra a hagyományos kémia rögzítéssel, jobbra az új kriofixációval készült metszet. A jobb oldali képen sokkal több sejtközötti tér láthatóForrás: Graham Knott/EPFL

Ezek a mikrohálózatok aztán új asszociációkat hoznak létre, melyek segítségével megjegyezhető az a komplex környezet, amelyben a jutalmazás vagy a büntetés megtörtént. Az élőlények számára fontos események során tehát a VIP sejtek lehetőséget teremtenek az agy piramissejt-populációinak együttes aktiválódására, ami elősegíti a belső modellek átalakulását - összegezték a kutatók.

Az agy egyfajta előrejelző készülék, mely jóslási képessége az általa folytonosan keltett különféle ritmusokból adódikForrás: Pinterest

A kutatók szerint ez az alapkutatás közelebb visz a tanulás és az érzékelés agykérgi szintű folyamatainak megértéséhez, eredményei alapul szolgálhatnak egyes kórállapotok - például autizmus, skizofrénia - patomechanizmusát vizsgáló kutatások tervezéséhez.

Emellett arra is rávilágít, hogy az agykéregben is a mesterségesintelligencia-modellekben megerősítő tanulásnak nevezett elvhez hasonló folyamatok játszódnak le. A kutatást bemutató tanulmány az eLife című folyóiratban jelent meg november végén.

(Forrás: MTI)