(L) Studie ukazuje, že pracovní paměť je řízena prefrontálním kortexem a dopaminem (2012)

Prosince 18, 2012

redOrbit Staff & Wire Reports - Váš vesmír online

Jedním z jedinečných rysů lidské mysli je její schopnost znovu stanovit priority svých cílů a priorit, jak se situace mění a vznikají nové informace. To se stane, když zrušíte plánovanou plavbu, protože potřebujete peníze na opravu rozbitého auta nebo když přerušíte ranní jogování, protože váš mobilní telefon zvoní v kapse.

V Nová studie publikováno v Sborník Národní akademie věd (PNAS), vědci z Princetonské univerzity tvrdí, že objevili mechanismy, které řídí, jak naše mozky používají nové informace ke změně našich stávajících priorit.

Tým vědců z Princetonova neurovědního ústavu (PNI) použilo funkční magnetické rezonance (fMRI) ke snímání subjektů a zjistilo, kde a jak lidský mozek upřednostňuje cíle. Nepřekvapivě zjistili, že k posunu cílů dochází v prefrontální kůře, oblasti mozku, o které je známo, že je spojována s různými chováními na vyšší úrovni. Zjistili také, že silný neurotransmiter dopamin - známý také jako „potěšující chemikálie“ - hraje v tomto procesu rozhodující roli.

Pomocí neškodného magnetického pulsu vědci přerušili činnost v prefrontální kůře účastníků, zatímco hráli hry, a zjistili, že nebyli schopni přejít na jiný úkol ve hře.

"Našli jsme základní mechanismus, který přispívá k mozkové schopnosti soustředit se na jeden úkol a pak pružně přejít na jiný úkol," vysvětlil Jonathan Cohen, co-director PNI a univerzitní Robert Bendheim a Lynn Bendheim Thoman profesor v neurovědách.

"Poruchy v tomto systému jsou ústřední pro mnoho kritických poruch poznávacích funkcí, jako jsou poruchy pozorované u schizofrenie a obsedantně-kompulzivní poruchy."

Předchozí výzkum již ukázal, že když mozek používá nové informace k úpravě svých cílů nebo chování, je tato informace dočasně uložena do mozkové pracovní paměti, což je typ krátkodobého uložení paměti. Až dosud však vědci nerozuměli mechanismům, které řídí způsob aktualizace těchto informací.

VYUŽITÍ HRŮ K ROZHODNUTÍ O ROZHODOVÁNÍ

Spolu s hlavním autorem studie Kimberlee D'Ardenne z Virginia Tech, stejně jako jeho spolupracovníci Neir Eshel, Joseph Luka, Agatha Lenartowicz a Leight Nystrom, Cohen a jeho tým vymysleli studii, která by jim umožnila skenovat mozek svých předmětů, když hráli hru. Hra vyžadovala, aby účastníci stiskli konkrétní tlačítka v závislosti na různých vizuálních narážkách. Pokud se jim před písmenem X zobrazilo písmeno A, byli požádáni, aby stiskli tlačítko označené „1“. Pokud však viděli písmeno B před X, pak museli stisknout tlačítko označené „2“.

V dřívější verzi úkolu však byli účastníci nejprve vyzváni, aby stiskli tlačítko 1, když viděli X bez ohledu na to, která písmena mu předcházela. Pravidlo A a B, které bylo zavedeno ve druhém kole, tedy sloužilo jako „nová informace“, kterou musel účastník použít, aby aktualizoval svůj cíl rozhodnout, které tlačítko stisknout.

Poté, co zkoumali fMRI, zjistili vědci zvýšenou aktivitu v pravé prefrontální kůře, když účastníci dokončovali složitější úkol, který zahrnoval rozhodování mezi dvěma tlačítky na základě vizuálních podnětů A a B. To však neplatilo pro jednodušší verzi úkolu.

Cohenovy výsledky potvrzují zjištění jeho vlastního předchozího výzkumného projektu 2010, který používal jinou metodu skenování k měření načasování mozkové aktivity.

V této studii výzkumný tým také vydal krátké magnetické pulzy do prefrontální kůry, aby se potvrdilo, že se jedná o mozkovou oblast, která se podílí na aktualizaci pracovní paměti. Na základě načasování pulsu na předchozí studii vědci dodali magnetický puls v přesném okamžiku, kdy věřili, že by pravá prefrontální kůra měla být aktualizací paměti. Zjistili, že pokud doručili puls přesně 0.15 sekund poté, co účastníci uviděli písmena A nebo B, nemohli zasáhnout správné tlačítko. Mohli tak použít magnetický puls k přerušení procesu aktualizace paměti.

"Předpovídali jsme, že kdyby byl puls doručen do části pravé prefrontální kůry pozorované pomocí fMRI, a v době, kdy mozek aktualizuje své informace, jak je odhaleno EEG, pak by si subjekt nezachoval informace o A a B, zasahovat do jeho výkonu při práci s tlačítky, “vysvětlil Cohen.

DOPAMINE AS GATEKEEPER NAŠE PRACOVNÍ PAMĚTI

V poslední části experimentu chtěl Cohenův tým otestovat svou teorii, že neurotransmiter dopamin je zodpovědný za označování nových informací a je důležitý pro aktualizaci pracovní paměti a cílů při vstupu do prefrontální kůry. Dopamin je přirozeně se vyskytující chemikálie, o které je známo, že hraje klíčové role v řadě mentálních procesů, jako jsou procesy, které zahrnují motivaci a odměnu.

Za tímto účelem tým znovu použil fMRI ke skenování oblasti zvané midbrain, která je hustě osídlena specializovanými nervovými buňkami - známými jako dopaminergní jádra -, která jsou odpovědná za produkci většiny dopaminových signálů v mozku. Vědci sledovali aktivitu těchto nervových buněk emitujících dopamin, zatímco účastníci prováděli úkoly a našli významnou korelaci mezi mozkovou aktivitou v těchto oblastech a v pravé prefrontální kůře.

"Pozoruhodné bylo, že dopaminové signály korelovaly jak s chováním našich dobrovolníků, tak s jejich mozkovou aktivitou v prefrontální kůře," vysvětlil Cohen.

"Tato konstelace nálezů poskytuje silný důkaz, že dopaminergní jádra umožňují prefrontální kůře držet se informací, které jsou relevantní pro aktualizaci chování, ale ne informace, které nejsou."

Profesor David Badre z Brown University, specialista na kognitivní, lingvistické a psychologické vědy, věří, že práce Cohenova týmu představuje velký krok vpřed ve vědeckém pokusu pochopit, jak náš mozek aktualizuje svou pracovní paměť.

Přestože se studie přímo nezúčastnila, Badre napsal komentář ke studii, která byla na začátku listopadu zveřejněna společností PNAS. V něm uvedl, že: „Mechanismy, kterými mozek dosahuje adaptivní rovnováhy mezi flexibilitou a stabilitou, zůstávají základem mnoha současných výzkumů v kognitivní neurovědě. Tyto výsledky poskytují základ pro nové vyšetřování nervových mechanismů flexibilního, cíleně orientovaného chování. “