Zusammenfassung: Die Ergebnisse werfen ein neues Licht darauf, wie sich das Gehirn in einer sich verändernden Umgebung orientiert und wie normale Navigationsprozesse als Folge der Alzheimer-Krankheit beeinträchtigt sein können.
Quelle: McGill Universität
Wissenschaftler haben neue Einblicke in den Teil des Gehirns gewonnen, der uns einen Orientierungssinn gibt, indem sie die neuronale Aktivität mit den neuesten Fortschritten in der Bildgebung des Gehirns verfolgen.
Die Ergebnisse geben Aufschluss darüber, wie sich das Gehirn in sich verändernden Umgebungen orientiert – und sogar Prozesse, die bei degenerativen Erkrankungen wie Demenz schief gehen können, wodurch sich die Menschen verloren und desorientiert fühlen.
„Die neurowissenschaftliche Forschung hat in den letzten zehn Jahren eine technologische Revolution erlebt, die es uns ermöglicht, Fragen zu stellen und zu beantworten, von denen wir vor wenigen Jahren nur träumen konnten“, sagt Mark Brandon, außerordentlicher Professor für Psychiatrie an der McGill University und Forscher am Douglas Research Center. der die Forschung gemeinsam mit Zaki Ajabi leitete, einem ehemaligen Studenten der McGill University und jetzt Postdoktorand an der Harvard University.
Lesen Sie den inneren Kompass des Gehirns
Um zu verstehen, wie visuelle Informationen den internen Kompass des Gehirns beeinflussen, setzten die Forscher Mäuse einer störenden virtuellen Welt aus, während sie die neuronale Aktivität des Gehirns aufzeichneten.
Das Team zeichnete den internen Kompass des Gehirns mit beispielloser Genauigkeit unter Verwendung der neuesten Fortschritte in der neuronalen Aufzeichnungstechnologie auf.
Diese Fähigkeit, die innere Kopforientierung des Tieres zu entschlüsseln, ermöglichte es den Forschern zu untersuchen, wie Kopforientierungszellen, die den inneren Kompass des Gehirns bilden, die Fähigkeit des Gehirns unterstützen, sich in einer sich ändernden Umgebung neu zu orientieren.
Insbesondere identifizierte das Forschungsteam ein Phänomen, das sie „Netzwerkakquisition“ nannten, das es dem internen Kompass des Gehirns ermöglichte, sich neu zu orientieren, nachdem die Mäuse desorientiert waren.
„Es ist, als hätte das Gehirn einen Mechanismus, um einen ‚Reset-Knopf‘ zu implementieren, der es dem inneren Kompass ermöglicht, sich in verwirrenden Situationen schnell neu auszurichten“, sagt Ajabi.
Obwohl die Tiere in dieser Studie unnatürlichen visuellen Erfahrungen ausgesetzt waren, argumentieren die Autoren, dass solche Szenarien tatsächlich mit der modernen menschlichen Erfahrung verbunden sind, insbesondere mit der schnellen Verbreitung der Virtual-Reality-Technologie.
„Diese Ergebnisse könnten schließlich erklären, wie Virtual-Reality-Systeme unseren Orientierungssinn so einfach kontrollieren können“, fügt Ajebi hinzu.
Die Ergebnisse inspirierten das Forschungsteam, neue Modelle zu entwickeln, um die zugrunde liegenden Mechanismen besser zu verstehen.
„Diese Arbeit ist ein schönes Beispiel dafür, wie experimentelle und rechnerische Ansätze zusammen unser Verständnis der Gehirnaktivität verbessern können, die das Verhalten antreibt“, sagt Co-Autor Xue-Xin Wei, ein rechnergestützter Neurowissenschaftler und Assistenzprofessor an der University of Texas in Austin.
degenerative Krankheiten;
Die Ergebnisse haben auch große Auswirkungen auf die Alzheimer-Krankheit. „Eines der ersten selbst-kognitiven Symptome der Alzheimer-Krankheit ist, dass Menschen selbst in vertrauten Umgebungen desorientiert und verloren werden“, sagt Brandon.
Die Forscher erwarten, dass ein besseres Verständnis der Funktionsweise des internen Kompasses und Navigationssystems des Gehirns zu einer früheren Erkennung und besseren Bewertung von Behandlungen für die Alzheimer-Krankheit führen wird.
über das Studium
Finanzierung: Die Forschung wurde vom Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada und den Canadian Institutes of Health Research unterstützt.
Über diese Neuroscience Research News
Autor: Shirley Cardenas
Quelle: McGill Universität
Kommunikation: Shirley Cardenas – McGill-Universität
Bild: Das Bild ist gemeinfrei
Ursprüngliche Suche: offener Zugang.
„Populationsdynamik von Kopforientierungsneuronen während Drift und NeuorientierungVon Mark Brandon et al. Natur
eine Zusammenfassung
Populationsdynamik von Kopforientierungsneuronen während Drift und Neuorientierung
Das Head Orientation (HD) System dient als interner Kompass des Gehirns, der klassischerweise als eindimensionales Loop-Attraction-Netzwerk formuliert wurde. Im Gegensatz zu einem global konsistenten Magnetkompass hat das HD-System keinen globalen Referenzrahmen. Stattdessen ruht es auf lokalen Signalen und hält ein stabiles Gleichgewicht aufrecht, während die Signale in Abwesenheit von Referenzen rotieren und driften.
Fragen zu den Mechanismen, die der Verankerung und Drift zugrunde liegen, bleiben jedoch ungelöst und werden am besten auf Populationsebene behandelt. Unklar ist beispielsweise, inwieweit eine eindimensionale Beschreibung der Bevölkerungsaktivität unter Bedingungen von Umorientierung und Drift bestehen bleibt.
Hier haben wir Populationsaufnahmen von thalamischen HD-Zellen unter Verwendung von Calcium-Imaging während einer kontrollierten Rotation einer visuellen Landmarke durchgeführt.
Über die Experimente hinweg variierte die Populationsaktivität entlang der zweiten Dimension, die wir als Netzwerkgewinn bezeichnen, insbesondere unter Bedingungen von Inkonsistenz und Mehrdeutigkeit. Die Aktivität entlang dieser Dimension sagte die Dynamik der Reorganisation und Drift voraus, einschließlich der Geschwindigkeit der Netzwerkreorganisation.
Im Dunkeln behält der Netzwerkgewinn eine „Erinnerungsspur“ des zuvor angezeigten Orientierungspunktes. Weitere Experimente zeigten, dass das HD-Gitter nach kurzen, aber nicht längeren Expositionen eines abgerundeten Signals in seine ursprüngliche Ausrichtung zurückkehrte. Diese Abhängigkeit von Erfahrung weist darauf hin, dass die Erinnerung an vergangene Assoziationen zwischen Huntington-Neuronen und allokativen Signalen erhalten bleibt und die interne Huntington-Repräsentation beeinflusst.
Basierend auf diesen Ergebnissen zeigen wir, dass eine kontinuierliche Rotation einer visuellen Landmarke eine Rotation der HD-Darstellung induzierte, die im Dunkeln bestehen blieb, was eine experimentelle Rekalibrierung des HD-Systems demonstriert.
Schließlich schlagen wir ein Rechenmodell vor, um zu formalisieren, wie sich der neuronale Kompass flexibel an sich ändernde Umwelthinweise anpasst, um eine zuverlässige Darstellung der Huntington-Krankheit aufrechtzuerhalten.
Diese Ergebnisse stellen klassische eindimensionale Interpretationen des Huntington-Systems in Frage und geben Einblick in die Wechselwirkungen zwischen diesem System und den ihm zugrunde liegenden Signalen.
