神経科学者は、脳の領域が学習の重要な場所であると考えています-ScienceDaily

by REVOLUSYNAPSE
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小さく、一見特殊化されているように見える脳の青斑核(LC)領域は、覚醒を刺激する神経修飾物質であるノルエピネフリンの大規模な輸出のためにステレオタイプ化されています。 新しい論文で、国立衛生研究所からの新しい助成金を受けて、MIT神経科学研究所は、LCが単なる警報ボタンではなく、学習、行動、メンタルヘルスにそれよりも微妙で多面的な影響を与えると主張しています。のクレジットが与えられています。

100以上の他の脳領域からの入力と、ノルエピネフリン(NE)を送信する場所とタイミングの高度な制御により、LCの驚くほど多様な細胞の小さな集団は、報酬と罰から学び、その経験を行動を最適化すると、ピコワー学習記憶研究所とMITの脳認知科学部のニュートン神経科学教授であるMrigankaSur氏は述べています。

「以前は、その多くの多様な標的領域にグローバルで均一な影響を及ぼしている均質な核と考えられていたものが、NE放出細胞の不均質な集団であることが示唆され、その機能を支配する空間的および時間的モジュール性の両方を示す可能性があります」とSurは書いています。ポスドクVincentBreton-先月公開された総説のプロベンチャー兼大学院生のGabrielleDrummond 神経回路のフロンティア

この記事は、Surのグループや他の多くの人々からの豊富な新たな証拠を提示し、LCが脳全体からの感覚入力と内部認知状態を統合して、NEを介した影響を正確に発揮して行動に影響を与える可能性があることを示唆しています-NEを運動皮質に絞ることによって-そして結果として生じる報酬または罰のフィードバックの処理-NEを前頭前野に絞ることによって。

その仮説を調査するために、チームは4月に授与された210万ドルの5年間のNIH助成金で作業を開始しました。 この研究では、彼らはさまざまなピッチと音量のトーンによって合図される学習タスクにマウスを従事させています。 トレーニングの過程で、マウスは、音の高さが高い場合はレバーを押すと報酬が得られ、音の高さが低い場合は、不快な空気の吹き込みが発生しないように押さないことで正しい応答が得られることを学習します。 トーンの音量を変えることで、実験者はマウスがキューを正しく聞いたと感じることができる確実性を変えることができます。

仮説(予備データによって裏付けられている)は、NEが複数の重要な方法で重要になると予測しているとSur氏は述べた。 マウスがキュートーンを聞いたとき、ピッチが低い場合、LCはニューロンの幹部を介して運動皮質に送るNEが少なくなります。これは、報酬が来ないためレバーを押さないでくださいという動物の信念を反映しています。 一方、音量が小さいほど、動物の決定の確実性は低くなります。 逆に、大音量の高音は、レバーを押すと報酬が得られるという動物の確信を反映して、より多くのNEを送信します。

マウスが行動した後、フィードバックが驚くほど多くなるほど、より多くのNEが生成され、別個のグループを介して前頭前野に送信され、より多くの学習が刺激されます。 したがって、たとえば、マウスがかすかな高音を聞いてレバーを軽く押すと、期待があまり高くなかったため、結果として得られる報酬の驚きがNEの強力な出力を刺激して前頭前野に指示します。 マウスが間違った推測をしてエアパフを感じるときはいつでも、それは前頭前野への最強のNE放出を刺激します。 このようなダイナミクスの後、Surのチームは、その後の試行で一貫したパフォーマンスの変化を観察しました。

「これは、ノルエピネフリンを覚醒信号と見なすことができる方法ですが、重要なことに、進行中の機能の文脈では学習信号でもあります」とSur氏は述べています。 「それは実行信号と学習信号の両方であり、どちらも実際の量的関係を説明することができます。」

チームはLC-NEニューロンの活動を測定するだけでなく、オプトジェネティクス(ニューロンを光で制御できる)を使用してそれらを引き継ぎ、LC-NE出力を消音または増幅してその方法を示すことができます。それぞれが行動と学習に影響を与えます。

LCがどのように機能するかの本質を理解することは、特定の障害の治療を改善するのに役立つ可能性があるとSur氏は述べた。 たとえば、PTSDの潜在的な治療法には、NEに対する受容性の低下が含まれますが、それは眠気も促進します。 より原理的で正確な治療は、有効性を改善し、それらの副作用を減らすことができると彼は言った。

「私たちがその背後にある目標と理論を理解していれば、不安に影響を与えることを望んでいるが、あなたを眠くさせないことを望んでいる」とSur氏は述べた。 「それは、障害を治療するための基礎科学の希望です。物事をますます具体的にし、システムが関与する回路と機能の特異性を定義することです。」

さらに、LCはアルツハイマー病に冒された初期の領域であると彼は言いました。 その喪失に正しい方法で取り組むことは、学習と認知の形態を維持するのに役立つ可能性があります。



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