Neurální mapy používané k nalezení odměn mohou být narušeny v demenci a zvýšeny v závislosti

Představte si, že chodíte do práce, když dojde k nevyslovitelnému: Vaše oblíbená kavárna – kde se zastavíte každý den – je uzavřena. Groggily navigujete do nově otevřené kavárny o pár bloků odtud, což, jak vás potěší, je ve skutečnosti docela dobrý ranní vaření. Brzy zjistíte, že se těšíte na zastavení na novém místě místo toho starého.

Tento přepínač pravděpodobně mění více než jen vaši ranní rutinu. Pokaždé, když navštívíte tuto novou kavárnu, zážitek pravděpodobně posiluje nervovou mapu, která označuje pozice odměňujících zážitků – mapu, která vás může vést k těmto zážitkům i od míle daleko.

Zatímco existence mapy odměn je z předchozí práce známá, vědci z Wu Tsai Neuro pracují myši byli překvapeni, když zjistili, že mapa přetrvává, i když se myši pohybují o mnoho metrů od léčby a že se téměř okamžitě aktualizuje, když umístění změn léčby.

Práce byla Publikováno v Neurověda přírody.

„Bez ohledu na to, kde jsme odměnu přesunuli, mapa odměn se téměř okamžitě přizpůsobila,“ řekla Lisa Giocomo, profesorka neurobiologie ve Stanford Medicine a jedna z zástupců ředitelů Wu Tsai Neuro. „Nečekal jsem, že změna bude tak rychlá.“

Výsledky by mohly vrhnout světlo na různé lidské podmínky, včetně demence a závislosti, a také osvětlit důležitý aspekt toho, jak zvířata přežívají ve volné přírodě.

Pro studium, jak jsou odměňovací zážitky kódovány v mozcích myší, Giocomo a její kolegové nejprve nahradili trochu lebky myši průhledným oknem. To umožnilo vědcům použít citlivou techniku ​​zvanou dvoufotonová mikroskopie k pozorování Neurální aktivita v reálném čase v oblasti mozku zvaného hippocampus.

Myši musely zůstat pod stacionárním mikroskopem, aby tato technika fungovala, takže místo toho, aby zvířata umožnila hledat odměny v reálném životě, vědci použili prostředí virtuální reality.

„Lidé si představují myši na sobě brýle miniaturní virtuální reality, ale ve skutečnosti je to spíše jako divadelní situace IMAX,“ řekla Marielena Sosa, postdoktorandská vědecká pracovník, který vykonával práci spolu s bývalým postgraduálním studentem Giocomo Lab Mark Plitt, členem Wu Tsai Neuro’s Mind, Brain, Computation and Technology.

Myši běžely na kolech, zatímco byly obklopeny třemi velkými monitory, které hrály video z chodby, která postupovala, když běžely, jako je videohry první osoby (prvního věku?). Vědci naprogramovali přístroj tak, aby vydával kapku cukrové vody na myši, když se přiblížil k konkrétnímu umístění ve virtuálním prostředí. Tým poté přesunul virtuální umístění cukrové vody a sledoval, jak se v mozku přizpůsobila nervová aktivita.

Jak očekávali, jedna populace neuronů v hippocampu udržovala stabilní mapu prostředí. Méně očekávané bylo pozorování, že samostatná populace neuronů plynule zapnula a vypnula, jak se změnila poloha odměny, přidala vrstvu adaptability, která umožnila myši snadno upravit, když se umístění potravin změnilo – důležitá taktika ve volné přírodě.

Neurony, které tvoří obě mapy, také nejsou zcela zřetelné. Neurony, které tvoří prostorovou mapu, se spíše mohou někdy přejít na zapojení do mapy odměn a naopak. Celkový počet neuronů v prostorové mapě však zůstal relativně konstantní, zatímco počet neuronů tvořících mapu odměn se zvýšil, když myší revidoval odměnu.

Nakonec by mapa odměn mohla sledovat polohu zvířete vzhledem k cukrové vodě z metrů daleko. V lidském měřítku by to mohlo být ekvivalentní mnoha městským blokům.

Když vědci změnili polohu léčby, „přepínač na neurální úrovni byl zřejmý ještě před přepínačem na úrovni chování,“ řekla Sosa. To by mohlo znamenat, že mapa nervových odměn formuje budoucí chování myši, stejně jako jeho minulé chování formuje mapu.

Existují důkazy že lidé také ukládají místa, do kterých se hodlá vrátit v samostatné sadě neuronů, než na mapování jejich Obecné okolí. Vědci věří, že pochopení spojení mezi těmito dvěma mapami by mohlo mít význam pro demenci a poruchy závislosti.

Lidé s demencí mají tendenci zapomenout na sekvence, ve kterých došlo k událostem, což bylo možné alespoň částečně vysvětlit ztrátou schopnosti vizualizovat, kde byli, když dokončili určité úkoly.

Například někdo s demencí si nemusí pamatovat, zda si v kuchyni vypili ranní kávu nebo si ji přinesli v autě, zatímco zdravý člověk by si zřetelně vzpomněl, jak sedí u svého kuchyňského stolu s pohárem v ruce. Tento rozdíl by mohl být vysvětlen odpojením mezi mapou odměny a prostorovou mapou u lidí s demencí.

V případě závislosti jsou vzpomínky na odměňující zážitky, jako je užívání drog, často pevně vázány na prostorová místa.

„Někdo, kdo poprvé používá drogy na koncertu, by mohl být vždy spuštěn k hledání drog, když jsou například na koncertu. A to může být velký problém, protože to způsobuje, že se lidé v zotavení relapsují, když se setkávají s těmito spouštěcími prostředími,“ řekl Giocomo.

To by mohlo být proto, že spojení mezi mapou odměny a prostorovou mapou vytvořenou silnou drogou je nezdravě silné.

Porozumění nervovým vazbám mezi Prostorové informace A odměny by nakonec mohly vést k terapiím, které tyto odkazy oslabují a pomáhají lidem překonat touhu přinést konkrétními místy. Naopak, terapie, které posilují odkazy, by mohly pomoci lidem žít s demencí.

Výzkumný tým má více otázek, z nichž jednou je to, jak mapy odměny řídí zvířata, když prozkoumávají své přirozené prostředí. „Pokud jste myš, jak se rozhodnete, zda chcete prozkoumat možnost najít jídlo na nových místech nebo se vrátit na místo, kde jste našli jídlo dříve?“ Zeptá se Giocomo.

Studium takových otázek by také mohlo odhalit, jak se lidé rozhodnou, kdy hledat nové zkušenosti a kdy se vrátit k pohodlí starých návyků.

Vědci se také ptají, zda jsou tyto typ neurální struktury mapovány kromě jídla mapovány. Jsou například umístění sociálních interakcí označeny na mapách odměn? Myši i lidé jsou jak vysoce sociální zvířata, ale používáme stejný typ mentálních map k nalezení našich přátel, jak používáme k nalezení jídla?

Giocomo si myslí, že její laboratoř má nástroje, které je třeba zjistit. „Tato technologie je konečně ve fázi, kdy můžeme začít řešit některá z těchto složitějších chování,“ řekla.