Ajuraku "koor" ilmub tähelepanu suurenedes

Ajuraku "koor" ilmub tähelepanu suurenedes
Ajuraku "koor" ilmub tähelepanu suurenedes
Anonim

Ajuraku "koori" äkiline esilekerkimine normaalse ajurakkude aktiivsuse kakofooniast võib võimaldada ajul pöörata tähelepanelikult tähelepanu ühele elemendile sissetuleva sensoorse teabe tulvas, selgub selle nädala ajakirjas Nature avaldatud raportist..

Ahvidelt kogutud andmetel põhinev aruanne viitab sellele, et pesapallimängija, kes jälgib lendpalli läbi pilve täis taeva, juht, kes sirutab käe taskusse, et võtmeid katsuda, ja keskkooliõpilane, kes otsib Söödav alt lõhnavatel kohvikuroogadel võib kõigil olla midagi ühist: mõned ajukoore närvirakud, mis on aju keerukas välimine kiht, võivad saata sõnumeid üheskoos, et võimaldada neil pöörata tähelepanu ühele sensoorsele sisendile.

"Iga sekundiga saame miljoneid või sadu miljoneid teabebitte, mis tulevad meie meeltest," ütleb Ernst Niebur, Johns Hopkinsi ülikooli Kriegeri meele-aju instituudi neuroteaduse dotsent. "Ja me peame iga sekund otsustama, milline osa sellest on oluline ja milline mitte."

"Närvirakud, mis esindavad olulist teavet, vajavad viisi, et eristuda muu teabe hulgast, " ütleb Peter Steinmetz, paberi juhtivautor ja endine instituudi järeldoktor. "Sünkroonne tulistamine – nagu lauljad kooris – on üks võimalus rahvahulgast eristuda."

Teadlased tegid uue leiu mitme aasta jooksul kogutud andmeid uuesti analüüsides. Instituudi teadlased Ken Johnson ja Steve Hsiao olid jälginud ajurakkude aktiivsust ahvidel, kes täitsid lihtsaid ülesandeid, mis nõudsid neilt tähelepanu koondamist visuaalsetele või puutetundlikele stiimulitele.Ülesannete hulka kuulus tuvastada, milline kolmest valgest valgusruudust videomonitoril hakkas hämarduma, ja võrrelda sõrme vastu surutud ülestõstetud tähtede või numbrite kuju.

Rakendades Hopkinsi neuroteadlase Vernon Mountcastle’i täiustatud tehnikat, kasutasid teadlased seitset elektroodi, et samaaegselt jälgida üksikute ajurakkude aktiivsust ahvidel nende töö ajal. Algselt analüüsisid nad kogutud andmeid ajurakkude süttimiskiiruse muutuste kohta, kui loomad vahetasid tähelepanu ülesannete vahel.

Kui Niebur paar aastat tagasi Hopkinsi jõudis, hakkasid teadlased rääkima andmetele veel kord pilguheitmisest.

Niebur ja teised teoreetilised neuroteadlased oletasid, et aju võib kodeerida teavet nii üksikute ajurakkude süttimise kui ka nende vallandumiste ajastuse kohta.

"Loomadel on näidatud, et neuronite vallandumiskiirus võib tõusta 2 või 3 korda, kui nad hakkavad stiimulile tähelepanu pöörama, " ütleb Niebur."Kuid tundub, et on oht signaalide segadusse ajada, kui proovite kodeerida kahte erinevat asja - stiimulit ennast ja seda, mil määral peaks sellele tähelepanu pöörama - ühte tüüpi signaaliga, neuronite tulistamise kiirusega."

Niebur ütleb, et kaks erinevat signaali tuleb ühendada. See, mida teie meeled tajuvad, mõjutab seda, kui palju te neile tähelepanu pöörate, kuid ta ütles: "Tundub hea mõte, kui teil on kaks erinevat, kuid omavahel seotud signaali, mida saate nende kahe asja esindamiseks kasutada." Üheshäälselt süttivate närvirakkude arvu suurenemine võib olla just selline sõltumatu, kuid seotud teine ​​signaal.

Hsiaol ja Johnsonil olid teooria testimiseks sobivad andmed kolmest varasemast katsest. Steinmetz, praegu C altechi järeldoktorant, ühendas praegu saadaoleva arvutivõimsuse tipptasemel statistilise tehnikaga, et teha kindlaks, kas närvirakud tulistavad sünkroonselt ja kas selle sünkroonsuse tugevus muutus, kui ahvidel oli vaja tähelepanu pöörata.

"Sünkroonse käivitamise usaldusväärne tuvastamine on minevikus olnud raske analüüsimist vajavate suurte andmemahtude tõttu, kuid arvutirevolutsiooni üheks tulemuseks on olnud võimalus seda tüüpi testimist mõistliku aja jooksul läbi viia, "Ütleb Steinmetz. Analüüsi tulemused viitasid Nieburi sõnul sellele, et kui ahvid pöörasid stiimulitele suurt tähelepanu, "paistis, et sünkroonse tulistamise hulk suurenes nende ülesannetega seotud neuronite märkimisväärse osa puhul".

Sellisel mehhanismil võivad olla intrigeerivad seosed põhiliste närvirakkude struktuuri ja funktsioonidega, märgib Hsiao. Närvirakud saavad sageli sissetulevaid signaale mitte ainult ühest, vaid mitmest erinevast harulaadsest struktuurist, mida tuntakse dendriitidena. Kui signaal ei ole väga tugev, ei taga signaali saamine ühel dendriidil tingimata, et närvirakk sõnumi edasi annab.

"Kui kõik ülesvoolu asuvad neuronid vallandavad sünkroonselt, suurendab see tugev alt võimalust, et närvirakk edastab sõnumi allavoolu," ütleb neuroteaduse dotsent Hsiao.

"Meil vedas, et need kolm rühma said selle meeskonnatöö jaoks kokku tulla, " kommenteerib Hsiao. "Mind-Brain Institute on üks väheseid kohti USA-s, kus võis näha nii ainulaadset ja tihedat koostööd eksperimentaalsete, teoreetiliste ja arvutuslike neuroteadlaste vahel."

Kõik 3 uurimisrühma kavatsevad edaspidi leiuga tegeleda.

"Tahaksin naasta selle protsessi varasemasse etappi ja otsida teatud tüüpi võnkuvaid signaale, mis võiksid meie arvates neid sünkroniseeritud närvirakkude süttimisi jätkata," ütles Johnson, neuroteaduse professor, ütleb.

Niebur ja Hsiao väljendasid huvi teada saada, mis juhtub sünkroonimiskiirustega, kui katsealused ei suuda eduk alt täita ülesannet, millele nad keskenduvad. Steinmetzi praegune uurimus hõlmab uurimist, kui tugev alt peavad neuronid oma tulistamist sünkroniseerima, et neid "kuuldataks".

Selle uuringu rahastasid riiklikud tervishoiuinstituudid, Alfred P. Sloani fond ja National Science Foundation. Teised autorid olid Arup Roy ja Paul Fitzgerald, Krieger Mind-Bra neuroteaduse magistrandid.

Populaarne teema