Nauka złożonego, umiejętnego ruchu, takiego jak wiązanie butów lub gra na instrumencie, wymaga praktyki. Po powtarzaniu tych samych ruchów w kółko, ludzie często opracowują formułowy sposób wykonywania zadania i nie muszą nawet o tym myśleć. Chociaż codziennie wykonujemy takie powtarzalne zadania, niewiele wiadomo o tym, jak mózg się ich uczy, powtarza i doskonali.
Źródło: CC0 Public Domain
Teraz badacz z University of Maryland School of Medicine (UMSOM) i jego koledzy z Uniwersytetu Harvarda wykazali u szczurów, jak kilka regionów mózgu musi współpracować, aby zdobyć umiejętność i bezbłędnie ją replikować, a każdy szczur dodaje swój osobisty talent w postaci „tańca”.
Badanie zostało opublikowane 25 lutego 2022 r. w Science Advances.
„Oprócz podążania za naszą podstawową ciekawością, aby dowiedzieć się, jak działa mózg i jak uczymy się ruchów, nasza praca ma wiele bezpośrednich zastosowań. Zrozumienie warunków, w których uczą się zdrowe mózgi, informuje, w jaki sposób ludzie powinni trenować do wysoko wykwalifikowanych zajęć, takich jak niektóre sporty „- powiedział dr Steffen Wolff, adiunkt farmakologii na University of Maryland School of Medicine. „Co ważniejsze, pewnego dnia miejmy nadzieję, że spostrzeżenia zebrane z tego podstawowego programu badawczego pomogą ludziom z uszkodzeniem mózgu lub chorobami, które wpływają na ruchy.”
Zespół badawczy szkoli szczury, aby sprawdzić, w jaki sposób ich mózgi uczą się i wykonują nowe umiejętności. W tych eksperymentach szczury uczą się naciskać dźwignię w określony sposób, aby napić się wody.
„Podczas procesu uczenia się rozwijają mały taniec, a każdy szczur wymyśla własną choreografię” – powiedział dr Wolff. „Po udoskonaleniu swojej techniki, nadal robią wszystko, co działało na nie podczas nauki: jedno zwierzę drapie ścianę, inne stuka w stopę, a jeszcze inne wystawia język, jednocześnie naciskając dźwignię.”
Tańce te są podobne do przesądnych ruchów, które miotacze baseballu wykonują za każdym razem, żeby rzucić piłkę, jak szarpanie za rondo czapki lub drapanie piasku stopą.
W poprzednim badaniu zespół wykazał, że kiedy naukowcy uszkodzili korę ruchową – część najbardziej zewnętrznej warstwy mózgu – szczury nie mogły nauczyć się swoich małych tańców. Jednak kiedy już nauczyły się tańca, aby wykonać zadanie, mogły wykonać je dobrze bez tego regionu mózgu. W innym badaniu naukowcy odkryli inny obszar mózgu niezbędny do nauki zadania – zwoje podstawy, region głęboko w mózgu. Region ten jest również dotknięty chorobą Parkinsona.
W swoim najnowszym badaniu naukowcy połączyli kawałki, pytając, czy kora ruchowa uczy zwoje podstawy, aby wytworzyć nową umiejętność. Użyli wirusów, aby zamknąć połączenie między dwoma obszarami mózgu. Jak spodziewali się naukowcy, odkryli, że bez kory ruchowej uczącej zwoje podstawy, szczury nie mogłyby już rozwijać żadnego ze swoich tańców.
Następnie naukowcy chcieli sprawdzić, czy zwoje podstawy współpracują również z innymi regionami mózgu, aby wykonać wyuczoną umiejętność. Skupili się na innym regionie głęboko w mózgu, który również ma silne połączenia ze zwojami podstawy – wzgórzem.
Kiedy naukowcy zakłócili połączenie ze wzgórzem do zwojów podstawy za pomocą swojego narzędzia wirusowego, szczury nadal naciskały dźwignię, ale całkowicie straciły swoje idiosynkratyczne wyuczone „tańce”. Szczury wróciły do wielokrotnego uderzania w dźwignię, tak jak wszystkie, gdy po raz pierwszy zaczęły uczyć się zadania. Dr Wolff wyjaśnił, że te proste ruchy mogą być wytwarzane przez inne, bardziej podstawowe części mózgu, takie jak pień mózgu.
„Ta praca pomaga ujawnić logikę tego, w jaki sposób poszczególne regiony mózgu współpracują ze sobą, aby kontrolować uczenie się i wykonywanie umiejętności, pierwszy krok w naszym dążeniu do pomocy w leczeniu pacjentów z zaburzeniami ruchowymi, takimi jak choroba Parkinsona, oraz uszkodzeniami od urazu lub udaru do kontrolujących motorykę części mózgu ” – powiedział Dean E. Albert Reece, MD, Ph.D., MBA, Executive Vice President for Medical Affairs, UM Baltimore, oraz John Z. i Akiko K. Bowers Distinguished Professor na University of Maryland School of Medicine.
Inni autorzy badania to Raymond Ko, Ph.D. i Bence Ölveczky, Ph.D., z Uniwersytetu Harvarda.
Red.:
Dotychczas podejrzewałem o to móżdżek w połączeniu z pniem mózgu. To bardzo ciekawa informacja.
