(L) Badanie pokazuje pamięć roboczą napędzaną korą przedczołową i dopaminą (2012)

18 grudnia 2012 r.

Raporty redOrbit Staff & Wire - Twój wszechświat online

Jedną z unikalnych cech ludzkiego umysłu jest jego zdolność do nadawania priorytetów celom i priorytetom w miarę zmiany sytuacji i powstawania nowych informacji. Dzieje się tak, gdy anulujesz planowany rejs, ponieważ potrzebujesz pieniędzy na naprawę uszkodzonego samochodu lub przerwanie porannego joggingu, ponieważ telefon komórkowy dzwoni w kieszeni.

W Nowe badania opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), naukowcy z Uniwersytetu Princeton twierdzą, że odkryli mechanizmy kontrolujące sposób, w jaki nasze mózgi wykorzystują nowe informacje do modyfikowania istniejących priorytetów.

Zespół naukowców z Princeton's Neuroscience Institute (PNI) użył funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) do skanowania obiektów i dowiedzenia się, gdzie iw jaki sposób ludzki mózg zmienia priorytety celów. Nic dziwnego, że odkryli, że przesunięcie celów ma miejsce w korze przedczołowej, regionie mózgu, o którym wiadomo, że wiąże się z różnymi zachowaniami wyższego poziomu. Zauważyli również, że potężny neuroprzekaźnik dopamina - znany również jako „substancja chemiczna przyjemności” - wydaje się odgrywać kluczową rolę w tym procesie.

Korzystając z nieszkodliwego impulsu magnetycznego, naukowcy przerywali aktywność w korze przedczołowej uczestników podczas grania w gry i stwierdzili, że nie są w stanie przejść do innego zadania w grze.

„Znaleźliśmy fundamentalny mechanizm, który przyczynia się do zdolności mózgu do koncentrowania się na jednym zadaniu, a następnie elastycznie przełącza się na inne zadanie” - wyjaśnia Jonathan Cohen, współdyrektor PNI oraz Robert Bendheim i Lynn Bendheim Thoman Professor Neuroscience.

„Zaburzenia w tym systemie są kluczowe dla wielu krytycznych zaburzeń funkcji poznawczych, takich jak te obserwowane w schizofrenii i zaburzeniach obsesyjno-kompulsyjnych”.

Poprzednie badania pokazały już, że gdy mózg wykorzystuje nowe informacje do modyfikowania swoich celów lub zachowań, informacje te są tymczasowo przenoszone do pamięci roboczej mózgu, rodzaju pamięci krótkotrwałej. Do tej pory jednak naukowcy nie rozumieli mechanizmów kontrolujących aktualizację tych informacji.

KORZYSTANIE Z GRY DO PUNKTU DECYZYJNEGO

Razem z głównym autorem badania Kimberlee D'Ardenne Virginia Tech oraz współpracownicy Neir Eshel, Joseph Luka, Agatha Lenartowicz i Leight Nystrom, Cohen i jego zespół opracowali badanie, które pozwoliło im skanować mózgi badanych podczas gry. Gra wymagała od uczestników naciskania określonych przycisków w zależności od różnych wskazówek wizualnych. Jeśli pokazano im literę A przed literą X, poproszono ich o naciśnięcie przycisku „1”. Jeśli jednak zobaczyli literę B przed X, musieli nacisnąć przycisk oznaczony „2”.

Jednak we wcześniejszej wersji zadania uczestnicy zostali poproszeni o naciśnięcie przycisku 1, gdy zobaczyli X niezależnie od tego, które litery go poprzedzały. W związku z tym zasada A i B wprowadzona w drugiej rundzie posłużyła jako „nowa informacja”, którą uczestnik musiał wykorzystać, aby zaktualizować cel, jakim jest naciśnięcie przycisku.

Badając fMRI, naukowcy odkryli zwiększoną aktywność w prawej korze przedczołowej, gdy uczestnicy wykonywali bardziej złożone zadanie podejmowanie decyzji między dwoma przyciskami opartymi na wizualnych wskaźnikach A i B. Nie było to jednak w przypadku prostszej wersji zadania.

Wyniki Cohena potwierdzają wyniki jego wcześniejszego projektu badawczego 2010, który wykorzystał inną metodę skanowania do pomiaru czasu aktywności mózgu.

W bieżącym badaniu zespół badawczy dostarczył również krótkie impulsy magnetyczne do kory przedczołowej w celu potwierdzenia, że ​​jest to w rzeczywistości region mózgu zaangażowany w aktualizację pamięci roboczej. Opierając czas impulsu na poprzednim badaniu, naukowcy dostarczyli impuls magnetyczny w dokładnym momencie, kiedy uważali, że prawa kora przedczołowa powinna aktualizować pamięć. Okazało się, że jeśli dostarczą puls dokładnie 0.15 sekund po tym, jak uczestnicy zobaczą litery A lub B, nie będą mogli nacisnąć właściwego przycisku. W ten sposób mogli wykorzystać impuls magnetyczny do przerwania procesu aktualizacji pamięci.

„Przewidywaliśmy, że jeśli puls zostanie dostarczony do części prawej kory przedczołowej obserwowanej przy użyciu fMRI, a w czasie, gdy mózg aktualizuje informacje ujawnione przez EEG, podmiot nie zachowa informacji o A i B, przeszkadzając w wykonywaniu zadań związanych z naciskaniem przycisków - wyjaśnił Cohen.

DOPAMINA JAKO GATEKEEPER NASZEJ PAMIĘCI ROBOCZEJ

W ostatniej części eksperymentu zespół Cohena chciał przetestować swoją teorię, że dopamina neurotransmiter jest odpowiedzialna za oznaczanie nowych informacji i ważne dla aktualizowania pamięci roboczej i celów, gdy wchodzi do kory przedczołowej. Dopamina jest naturalnie występującą substancją chemiczną, która odgrywa kluczową rolę w wielu procesach umysłowych, takich jak te, które wymagają motywacji i nagrody.

Aby to zrobić, zespół ponownie wykorzystał fMRI do skanowania regionu zwanego śródmózgowiem, który jest gęsto zaludniony wyspecjalizowanymi komórkami nerwowymi - znanymi jako jądra dopaminergiczne - które są odpowiedzialne za wytwarzanie większości sygnałów dopaminy w mózgu. Naukowcy śledzili aktywność tych komórek nerwowych emitujących dopaminę, podczas gdy uczestnicy wykonywali zadania i stwierdzili istotną korelację między aktywnością mózgu w tych obszarach i w prawej korze przedczołowej.

„Istotną częścią było to, że sygnały dopaminy korelowały zarówno z zachowaniem naszych ochotników, jak i ich aktywnością mózgu w korze przedczołowej” - wyjaśnia Cohen.

„Ta konstelacja odkryć dostarcza mocnych dowodów na to, że jądra dopaminergiczne umożliwiają korze przedczołowej trzymanie się informacji istotnych dla aktualizacji zachowań, ale nie informacji, które nie są”.

Profesor David Badre z Brown University, specjalista w dziedzinie nauk poznawczych, lingwistycznych i psychologicznych, uważa, że ​​praca zespołu Cohena stanowi duży krok naprzód w nauce próbującej zrozumieć, jak nasz mózg aktualizuje swoją pamięć roboczą.

Chociaż nie był bezpośrednio zaangażowany w badania, Badre napisał komentarz do badania, które zostało opublikowane online na początku listopada przez PNAS. Stwierdził w nim, że: „Mechanizmy, dzięki którym mózg osiąga adaptacyjną równowagę między elastycznością a stabilnością, pozostają podstawą wielu aktualnych badań w neuronauce poznawczej. Wyniki te stanowią podstawę do nowych badań nad neuronowymi mechanizmami elastycznego, ukierunkowanego na cel zachowania. ”