Põrsad labürintides annavad ülevaate inimese kognitiivsest arengust

Põrsad labürintides annavad ülevaate inimese kognitiivsest arengust
Põrsad labürintides annavad ülevaate inimese kognitiivsest arengust
Anonim

Sündmustel, mis leiavad aset varases elus, on peaaegu kindlasti tagajärjed hilisemale kognitiivsele arengule. Seoste loomine on aga keeruline, kuna imikuid ei saa laboratoorsete subjektidena kasutada.

Rodney Johnson ja tema kaastöötajad on välja töötanud alternatiivse mudeli imikute aju arengu uurimiseks. "Assistent Ryan Dilger ja mina hakkasime vastsündinud põrsa loomise vastu inimese aju ja kognitiivse arengu mudelina huvi tundma kolm või neli aastat tagasi," ütles ta.

Idee tekkis Johnsonil, kui endine üliõpilane, kes töötas imiku piimasegusid tootvas ettevõttes, küsis, kuidas leida viise, kuidas teha kindlaks erinevused kognitiivses arengus rinnaga toidetavate imikute ja piimaseguga toidetavate imikute vahel.

"Inimese rinnapiim on kullastandard, kuid mitte iga imikut ei saa rinnaga toita. Paljude imiku piimasegu tootvate ettevõtete peamine eesmärk on parandada koostist, et haarata kõik rinnapiima eelised," selgitas ta.

Johnson ja tema rühm töötasid õppimise ja mälu uurimiseks näriliste mudelitega; nad olid teinud ka mõningaid uuringuid sigade nakkushaiguste kohta. Nad mõtlesid, kas oleks võimalik välja töötada teste õppimise ja mälu uurimiseks vastsündinud põrsaste abil.

See tundus mõistlik idee, sest põrsa aju kasv ja areng sarnaneb inimese aju omaga. Aju kasvuspurt on perinataalne sündmus nii inimestel kui ka sigadel.Sündides moodustab inimese aju umbes 25 protsenti täiskasvanu suurusest. Esimese 2 eluaasta jooksul ulatub see 85–90 protsendini täiskasvanu suurusest. Põrsa aju kasvab sarnaselt lühema ajaga.

Johnsoni meeskond töötas esmakordselt välja struktuursed MRI meetodid vastsündinu põrsaste aju mahu kvantifitseerimiseks. Seejärel kasutasid nad neid tehnikaid aju ja ajupiirkonna kogumahu määramiseks isaste ja emaste kodusigade rühmas, tehes korduvaid mõõtmisi iga 4 nädala järel alates 2 nädala vanusest ja lõpetades peaaegu suguküpseks 24 nädala vanuselt.

Nad leidsid, et 4 nädala pärast oli põrsa aju kasvanud ligikaudu 50 protsendini oma maksimaalsest mahust ja see jätkas kiiret kasvu järgmise 8 nädala jooksul. Inimese imikute aju kasvab sarnaselt ka sünnitusjärgsel perioodil. Tulemused viitasid sellele, et sellel perioodil võivad keskkonna solvangud mõjutada aju struktuuri ja funktsiooni.

Teadlaste järgmine ülesanne oli välja töötada test põrsaste õppimise ja mälu hindamiseks T-labürindi abil. Nad arvasid, et see saab olema lihtne. Nad eksisid.

"See osutus tegelikult väga keeruliseks, sest palju asju läks valesti, mida me ei ennustanud," ütles Johnson. "Näiteks kui me neid uuringuid esimest korda alustasime, kasutasime preemiana selliseid asju nagu Skittles ja õunaviilud, sest seda olid teinud inimesed, kes kasutavad vanemaid sigu."

Imiku piimaseguga toidetud põrsad ei tundnud tahke toidu vastu huvi ega motiveeritud neid ülesandeid täitma, kui tasu oli sama, mis nende tavatoidul. Nad olid aga väga valmis töötama šokolaadipiima, eriti Nesquik™-i nimel.

Nad ei saanud Nesquik™-i kusagil mujal. "Idee seisneb selles, et põrsad näevad šokolaadipiima ainult katse ajal ja siis läheb see tagasi standardse piimasegu juurde," ütles Johnson. "See aitab suurendada nende täpsust, sest see on midagi, mida nad ootavad."

Testid viidi läbi pluss-kujulises labürindis, kus üks käsi oli blokeeritud, et jätta T-kuju.Põrsaid õpetati väljastpoolt labürinti visuaalsete näpunäidete abil leidma piimatasu nii ruumis kui ka kindlas kohas. Kui nad õppisid ülesannet õigesti täitma, muudeti preemia asukoht vastupidiseks ja põrsaid testiti uuesti, et hinnata õppimist ja töömälu. Õigete valikute arv vähenes tagasipööramise faasis, kuid aja jooksul paranes.

Tulemused näitavad, et T-labürinti saab kasutada kognitiivsete võimete mõõtmiseks. Johnson ja tema kaastöötajad kasutavad neid uusi teste, et uurida, kuidas stressitegurid, nagu toitainete puudus ja infektsioonid, mõjutavad inimese aju praegusel varajasel ja kiirel kasvuperioodil.

"Tahame teada, kas see muudab normaalse arengu trajektoori viisil, mis muudab nad vastuvõtlikumaks hilisemas elus esinevatele käitumishäiretele, nagu autism ja depressioon," ütles Johnson. "Keskkonna solvamine varases eas võib samuti vähendada stressitaluvust," lisas ta.

"Programmeerimise kontseptsiooni vastu tuntakse suurt huvi, arusaam, et varases eas ilmnevad asjad seavad selle inimese ette probleemidele, mis ilmnevad palju aastaid hiljem," jätkas ta. "Kuna sea aju kasvab nii palju nagu inimese aju, arvasime, et see võiks olla väga atraktiivne mudel."

Teadlased on kasutanud põrsa mudelit, et näidata, et rauavaegus toitumine põhjustab raua vähenemist teatud ajupiirkondades ja sellega kaasneb kognitiivne defitsiit. Nad kasutavad struktuurset MRI-d ja T-labürindi ülesannet, et uurida, kuidas viiruslik kopsupõletik varajases vastsündinuperioodis mõjutab aju ja kognitiivset arengut.

Neid andmeid täiendavad neuropõletiku, neurogeneesi ja neuronite morfoloogia mõõdikud, protseduurid, mille Johnsoni rühm on kehtestanud vastsündinud põrsaste puhul. Ryan Dilger töötab välja uudseid MRI-protseduure, et mõõta biokeemilisi aineid ajus ja näidata, kuidas närviühendused arenevad.

Nad loodavad saada NIH-i raha, et uurida emade viirusnakkusi. "Me nakatame tiined nooremised inimeste kolmanda trimestri alguses ja seejärel uurime järglaste aju ja kognitiivset arengut," ütles Johnson. "See on seda tüüpi huvitav küsimus, mille poole saame nüüd, kui põrsa mudel on paigas."

Johnson ütles, et sellist uurimistööd oleks mujal raske teha.

"Beckmani Instituut on olnud suurepärane. Me ei ole magnetresonantstomograafia eksperdid ega tahagi olla. Siiski oli meil hüpotees ja arvasime, et MRI-tehnoloogia võib aidata meil seda probleemi lahendada," ütles ta. "Beckmani tugipersonal on olnud protokollide väljatöötamisel väga oluline."

Johnson ütles, et U of I teised suuremad eelised on see, et Põllumajandus-, Tarbija- ja Keskkonnateaduste Kõrgkoolil on ainulaadne uurimisasutus sigade pidamiseks ning loomateaduste osakond haldab mitmeid seafarme, mis toodavad põrsaid. regulaarselt.

Viimased uuringud on avaldatud veebis ajakirjas Developmental Neuroscience.

Uurimust kirjeldatakse üksikasjalikum alt järgmistes artiklites:

Conrad, M.S., R.N. Dilger ja R.W. Johnson. 2012. "Kodusigade (Sus scrofa) ajukasv 2–24 nädala vanuselt: pikisuunaline MRI uuring." Developmental Neuroscience (ilmumisel, kõigepe alt Internetis).

Elmore, M.R.P., R.N. Dilger, R.W. Johnson. 2012. "Koha ja suuna õppimine ruumilises T-labürindi testis." Loomade tunnetus 15:667-676.

Conrad, M.S., R.N. Dilger, A. Nickolls ja R.W. Johnson. 2012. "Neonataalse põrsa aju magnetresonantstomograafia". Pediatric Research 71:179-184.

Populaarne teema