Gehirn rhythm switch critical für lernen habitual verhalten


Gehirn rhythm switch critical für lernen habitual verhalten

Die Existenz von Gehirnwellen (rhythmische Schwankungen der elektrischen Aktivität, die geglaubt werden, um den Zustand des Gehirns zu reflektieren) ist keine neue Entdeckung und Neurowissenschaftler wissen, dass die Aktivität des Gehirns während des Erholens auf einen Alpha-Rhythmus von etwa 8 bis 10 Zyklen oder Hertz pro Sekunde verlangsamt wird.

Neurowissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology (MIT) führten eine Studie durch, um zu beurteilen, ob diese Wellen eine kognitive Bedeutung haben, wenn überhaupt, in Bezug auf Funktionen wie Lernen und Gedächtnis. Die Ergebnisse zeigten, dass ein Wechsel zwischen zwei dieser Rhythmen entscheidend für das Lernen des gewöhnlichen Verhaltens ist.

Die Studie, veröffentlicht diese Woche in der Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften Zeigt, dass bei Ratten, die gelernt haben, ein Labyrinth zu führen, die Aktivität in einer Hirnregion, die die Gewohnheitsbildung kontrolliert, von einem schnellen und chaotischen Rhythmus zu einem langsameren, synchroneren Tempo. Laut Professor Ann Graybiel, Senior Autor des PNAS-Papiers und führenden Forscher am McGovern Institute for Brain Research am MIT, der Schalter, der passiert, sobald die Ratten beginnen, das Labyrinth zu meistern ist wahrscheinlich das Signal, dass eine Gewohnheit gebildet wurde. Dieser Prozess stellt eine Schlüsselrolle beim Verständnis dar, wie sich das Gehirn während des Lernens reorganisiert.

Rhythmen im Gehirn

Die Forschung hat mehrere Gehirnwellen unterschiedlicher Frequenzen bei Menschen und anderen Tieren beobachtet. Lead-Autor Graybiel und Diplom-Student Mark Howe beschlossen, zu untersuchen, ob sie diese Rhythmen mit Veränderungen im Gehirn Zustand, die Lernen begleiten könnte verknüpfen. Ihre Studie konzentrierte sich auf Beta-Wellen (Bandbreite 15 bis 28 Hertz), die mit Bewegungsmangel und hohen Gamma-Wellen (Bandbreite 70 bis 90 Hertz) mit sehr aufmerksamen Zuständen verbunden sind.

Graybiels Labor bewies früher, dass Muster der elektrischen Aktivität im Basalganglienteil des Gehirns für die Gewohnheitsbildung kritisch sind. Gewohnheiten beginnen bei der Einnahme einer bestimmten Aktion ernten eine Art von Nutzen, aber mit der Zeit dieser Aktion wird in die zweite Natur und wird durchgeführt, auch wenn es nicht mehr gewinnt eine Belohnung. In extremen Fällen könnte es bedeuten, zum Beispiel weiter zu kratzen Teil des Körpers, auch nachdem der Juckreiz gestoppt hat.

Howe untersuchte Hirnrhythmen in einer Region am unteren Ende der Basalganglien, bekannt als das ventrale Striatum, das notwendig ist, um auf Schmerzen oder Lust zu reagieren, aber auch sehr in Sucht involviert. Um die Hirnaktivität zu messen, benutzte Howe Ratten, die entlang eines T-förmigen Labyrinths laufen. Die Tiere mussten lernen, nach links oder rechts als Reaktion auf einen Ton zu drehen; Wenn sie richtig das Ende des Labyrinths erreichen, erhielten sie eine Belohnung: Schokoladenmilch.

Während der ersten paar Läufe, z.B. Während die Ratten noch das Labyrinth lernten, beobachteten die Forscher kurz vor den Ratten das Labyrinth der ventralen Striatum-Aktivität im Gamma-Frequenzbereich. Diese Aktivität verbreitete sich im ventralen Striatum: Zellen synchronisierten sich mit dem Rhythmus zu verschiedenen Zeiten, in einer ziemlich unkoordinierten Weise.

Sobald die Ratten begannen zu lernen, wie die Belohnung verdient wurde, begann die Gamma-Aktivität zu verblassen, indem sie mit kurzen Ausbrüchen der Aktivität in der unteren Frequenz beta Band ersetzt wurde, kurz nachdem sie das Labyrinth beendet hatten. Im Vergleich zu den ersten Läufen wurde die Aktivität im gesamten ventralen Striatum viel stärker koordiniert.

Verstärkte Gewohnheiten

Die Forscher messen auch die Aktivität von einzelnen Neuronen im ventralen Striatum, um einen tieferen Einblick in das, was während dieser Frequenzverschiebung geschah, zu erzielen und entdeckte diese Aktivität in zwei Gruppen von Neuronen, die mit den Oszillationen koordiniert wurden. Sie beobachteten, dass die Ausgangsneuronen, die die Kommunikation des ventralen Striatum mit dem Rest des Gehirns kontrollierten, während der Gipfel der Gamma- und Beta-Oszillationen spitzten, wobei ein anderer Typ die Ausgangsneuronen hemmte und an den Trögen der Oszillationen sprang.

Howe sagte: "Wenn Sie einen starken Rhythmus haben, oszillieren diese beiden Populationen von Neuronen in entgegengesetzte Richtungen."

Diese Feststellung zeigt, dass während des Ratten-Lernprozesses eines neuen Verhaltens die hochfrequente Aktivität in den Ausgangsneuronen des ventralen Striatums Botschaften an den Rest des Gehirns überträgt, um es ein neues Verhalten zu erlernen, das durch die Schokolade verstärkt wurde Belohnung. Danach, sobald das Verhalten gelernt und eine Gewohnheit gebildet hat, werden diese Botschaften nicht mehr benötigt. Sie werden durch hemmende Neuronen während der Beta-Oszillationen abgeschaltet.

Graybiel erklärte:

"Da die Ratten lernten, geht das Verstärkungssignal weg, weil du es wirklich nicht brauchst. Das hilft dem Gehirn, denn sobald diese Gewohnheit gebildet wird, was du tun willst, ist das bisschen Gehirn frei, damit du etwas anderes machen kannst - eine neue Gewohnheit bilden oder einen großen Gedanken denken."

Die Forscher, darunter Howe, Graybiel und andere Labormitglieder Hisham Attalah, Dan Gibson und Andrew McCool planen weitere Untersuchungen darüber, ob die Gewohnheitsbildung unterbrochen wird, wenn sie die Gehirnrhythmen im ventralen Striatum verändern und die Neuronen, die genauer betroffen sind, identifizieren. Die Identifizierung und Kontrolle solcher Neuronen könnte neue Ansätze zur Bekämpfung der Sucht, eine extreme Form des gewohnheitsmäßigen Verhaltens hervorbringen.

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