Forscher an der Johns-Hopkins-Medizin erfolgreich verwendet ein laser-assisted imaging-tool zu „sehen“, was passiert in den Gehirnzellen von Mäusen lernen zu erreichen, und schnappen Sie sich ein pellet von Lebensmitteln. Ihre Experimente, sagen Sie, fügen Sie Beweise dafür, dass solche motor-based learning auftreten können, in mehreren Bereichen des Gehirns, auch diejenigen, die nicht in der Regel verbunden mit Motorsteuerung.
„Wissenschaftler sollten bei Betrachtung des gesamten Gehirns zu verstehen, bestimmte Arten des Lernens,“ sagt Richard Huganir, Ph. D., Bloomberg Distinguished Professor und Direktor der Solomon H. Snyder Department of Neuroscience an der Johns Hopkins University School of Medicine. „Verschiedene Teile des Gehirns dazu beitragen, lernen auf verschiedene Weise, und studieren Gehirn-Zell-Rezeptoren können uns helfen zu entschlüsseln, wie das funktioniert.“
Die Arbeit, sagen die Forscher, kann letztlich informieren Bemühungen, Behandlungen zu entwickeln, für das lernen basiert und Neurokognitiven Störungen.
In einem Bericht über die Arbeit, die online Dez. 31 in Neuron, Huganir und sein Forschungs-team sagen, Sie konzentrierten sich auf die AMPA-Typ Glutamat-Rezeptoren, oder AMPARs, die wichtigsten Moleküle, die helfen, senden von Nachrichten zwischen den Gehirnzellen genannt Neuronen. AMPARs funktionieren wie Antennen, die form entlang der Oberfläche von einem bestimmten Punkt auf die Neuronen genannt synapse, wo es erhält molekulare Signale von anderen Neuronen.
Zu überwachen und zu Messen AMPAR Ebenen in Maus-Gehirn-Wissenschaftler zuvor hatte Sie sezieren die Orgel vor und nach lernen, Experimentieren und vergleichen Sie die Unterschiede. Nun, Wissenschaftler haben Möglichkeiten, um direkt das Gehirn während des Lernens, der Aufnahme Tausende von Synapsen gleichzeitig.
In den neuen Experimenten, die Wissenschaftler injizierten DNA-Codierung AMPARs tragen einen fluoreszierenden Marker in das Gehirn von Mäusen, und verwendet einen elektrischen Impuls, um Neuronen zu absorbieren, die AMPAR-DNA. Nächsten, mit einem tool namens zwei-Photonen-Mikroskopie, verwendeten die Forscher einen laser im wesentlichen einem stark fokussierten Strahl von Licht, zur Erkennung und Messung der Menge an Fluoreszenz von der kommenden tagged AMPARs.
Mehr Fluoreszenz ist ein Hinweis auf erhöhte AMPAR-Aktivität und die Nachrichtenübermittlung zwischen Neuronen, ein gutes Zeichen, dass „lernen und Gedächtnis“ – Gebäude stattfindet, in diesen Neuronen, Huganir, sagt.
Zu „sehen“, was das erlernen sah aus wie in der test-Tiere “ Neuronen, Huganir team trainierten Mäusen zu erreichen und schnappen Sie sich ein Essen pellet platziert, nur außerhalb des Käfigs mit Ihren Pfoten. Normalerweise Mäuse bekommen pellets, die mit Ihren Mündern.
Während die Mäuse lernen, wie Sie zu erreichen für die pellet fanden die Wissenschaftler eine etwa 20% ige Erhöhung der Aktivität von AMPARs in einem Bereich des Gehirns, bekannt als die motorischen Kortex, die bekannt ist für die Kontrolle und präzise Bewegung Muskeln. Auf Neuronen, die AMPARs sehen aus wie Lichter auf einem Weihnachtsbaum und leuchtet heller mit Zunehmender Aktivität.
Aber die Experimente zeigten auch die gleiche Steigerung in AMPAR Aktivität im visuellen Kortex zu.
„Das machte Sinn, denn die vision ist sehr wichtig für die Motorische Kontrolle“, sagt Richard Roth, Ph. D., zurzeit postdoctoral fellow an der Stanford University, aber wer Experimente durchgeführt, die für diese Studie als student in Huganir Labor.
„So, wir haben das gleiche experiment wieder, aber mit die Lichter ausgeschaltet“, sagt Roth.
Mit Infrarot-Licht, das die Mäuse nicht sehen konnte, die Mäuse, die irgendwann gelernt haben, um erfolgreich zu schnappen Sie sich das Essen, aber es war ein kleiner Anstieg (10%) in der Aktivität von AMPARs in den visuellen cortex.
„Wir glauben Gehirn der Mäuse, die mit unterschiedlichen Gruppen von sensorischen cues in der Dunkelheit zu lernen, die motorischen Aufgabe, einschließlich Berührung und Geruch, wodurch diese anderen Sinne zu übernehmen“, sagt Roth.
Weiter, die Forscher wiederholten die Experimente mit speziellen Licht-Modulatoren aktiviert heruntergefahren Neuronen, die entweder in den motor oder visual cortex.
Wenn die Mäuse ausgebildet wurden, um die Pellets mit dem Raum Licht an, die Mäuse nicht die Aufgabe abzuschließen, wenn Ihre visuellen Kortex heruntergefahren wurde. „Klar, diese Mäuse stützte sich auf das lernen zentrale, die in Ihrer visuellen cortex erreichen die pellet“, sagt Roth.
Allerdings, Mäuse zunächst eine Ausbildung zu packen, das pellet in der Dunkelheit konnte noch die Aufgabe abzuschließen, auch wenn Ihre visuellen Kortex heruntergefahren wurde.
„Wir haben traditionell gedacht, dass motor-basiertes lernen geschieht ausschließlich im motorischen Teil des Gehirns, aber unsere Studien und die anderer zeigen nun, dass es nicht so konkret, wie wir uns das vorgestellt hatten. Es ist mehr eine brainwide Effekt beim lernen“, sagt Roth.