Studie osvětluje obecný princip neurálního zpracování v mozkovém serotoninovém systému

Naše životy jsou plné binárních rozhodnutí – volby mezi jednou ze dvou alternativ. Ale co se opravdu děje uvnitř našich mozků, když se zapojíme do tohoto druhu rozhodování?

Fakulta medicíny vedené fakultou University of Ottawa zveřejněná v Neurověda přírody vrhá nové světlo na tyto velké otázky a osvětluje obecný princip neurálního zpracování v záhadné oblasti Midbrain, který je samotný původ našeho centrálního serotoninu (5-HT) systému, klíčovou součástí nervový systém zapojeno do pozoruhodné řady kognitivních a behaviorálních funkcí.

Současný dominantní model je, že jednotlivé 5-HT neurony působí nezávisle od druhého. Přestože bylo dříve navrženo, že neurony 5-HT mohou být spíše vzájemně spojeny, nebylo to přímo prokázáno. To je to, co jsme tady udělali. Také identifikujeme zajímavou roli zpracování-nebo výpočet-, která je podporována tímto konkrétním typem konektivity mezi 5-HT neurony. “

Dr. Jean-Claude Béïque, profesor fakulty na katedře buněčné a molekulární medicíny a spoluzakladatel centra pro neurální dynamiku a umělou inteligenci Uottawa Brain and Mind Research Institute pro neurální dynamiku a umělou inteligenci

Práce mezinárodního výzkumného týmu zahrnovala směs několika experimentálních přístupů, jako je elektrofyziologie, buněčné zobrazování, optogenetika a behaviorální přístupy, spolu s matematickým modelováním a počítačovými simulacemi.

Kování záloh

Co to znamená, že serotoninové neurony seskupené dohromady v mozkovém kmeni nejsou nezávislí aktéři do značné míry, ale ve skutečnosti posílají axony do zbytku mozku?

„Podle mého názoru je hlavním přínosem papíru, že savčí serotoninový systém je mnohem anatomicky a funkčně složitější, než jsme si dříve představovali. Toto je znalosti, které by mohly potenciálně pomoci vyvinout cílená terapeutika pro poruchy nálady, jako je hlavní depresivní porucha,“ říká Dr. Michael Lynn, první autor studie a bývalý člen Dr. Béïque’s fakulty.

Dr. Lynn získal doktorát v neurovědě na University of Ottawa v říjnu 2023. Nyní pracuje jako postdoktorand na Oxfordské univerzitě na katedře fyziologie, anatomie a genetiky.

Říká, že zjištění týmu jsou důležitá, protože se ukáže, že existují odlišné skupiny serotoninových neuronů s jejich vlastními vzory aktivity, z nichž každá ovládá uvolňování serotoninu v konkrétní oblasti mozku. To má důsledky pro princip neurovědy „vítěze-takes-all“-myšlenka aplikovaná ve výpočetních modelech neuronových sítí, ve kterých neurony v podstatě soutěží o aktivaci.

„Nové principy odkryté v tomto článku naznačují, že tyto odlišné soubory mohou v některých scénářích interagovat:„ vyhrávat “serotoninové soubory s vysokou aktivitou mohou silně snížit uvolňování serotoninu z„ ztráty “serotoninových souborů s nižšími úrovní aktivity,“ říká. „To znamená složitější, dynamičtější soubor pravidel o tom, jak a kdy je serotonin uvolňován v mozku, a kontrastuje se starším pohledem na monolitický signál.“

Rozhodnutí, rozhodnutí

Práce výzkumného týmu má důsledky pro to, jak se do každodenního rozhodování podílí náš mozek-orgán s hlubokým složitým zapojením neuronů s množstvím zapletených spojení.

Zjistili, jak laterální habenula, oblast, která je aktivována, když jsme frustrovaní a která se podílí na velké depresi, nakonec řídí aktivitu serotoninových neuronů. Předpokládá se, že habenulární neurony kódují úroveň hrozby, která je vnímána z konkrétního prostředí, nebo možná dokonce z našich činů.

Dr. Béïque to vysvětluje takto: „Skočíme z vysoce potápěčské desky u bazénu? Nebo jen z nízkého? Chodíme po té temné uličce, nebo se tomu vyhýbáme? Kdy je příliš tmavý?

„Myslíme si, že jsme identifikovali obvod, který se účastní tohoto samotného výpočtu, který vede naše každodenní rozhodnutí,“ říká.

Další kroky

Co bude dál pro výzkumný tým, když staví na pokroku, které vytvořili během několika let s tímto metodickým, inovativním zkoumáním serotoninového systému? Cílem se zaměřit na behaviorální studie s myšími modely.

„V tomto okamžiku byly chování behaviorálních výpočtů, které jsme objevili, poněkud umělé chování. V současné době se snažíme zjistit, zda můžeme vidět podobné věci, když se myši chovají v naturalistickém prostředí,“ říká Dr. Béïque.

Výzkumný tým bohatý na talenty pro nový Neurověda přírody Papír zahrnoval Uottawa Fakultu lékařské fakulty Dr. Richard Naud, výpočetní neurovědec, který byl vedoucím autorem v nedávné studii související s serotoninem zveřejněnou v Přírodaa Sean Geddes, ředitel inovací a partnerství v Uottawa.