V možganih ptic je bil odkrit mehanizem, ki ne omogoča preusposabljanja učnega o tem • Alexander Markov • Znanstvene novice o »Elementih« • Neurobiologija, ornitologija

V možganih ptic je bil ugotovljen mehanizem, ki ne omogoča preusposabljanja učencev

Sl. 1. Moški odraslih zebrov uči mladega moškega, naj peli pravilno. Okvir iz videoposnetka, ki je priložen obravnavanemu članku vZnanost

Ameriški nevroznanstveniki so odkrili mehanizem, ki ne dopušča, da bi zebri medvedi preusmerili tiste elemente pesmi, ki so jih že naučili. Ključno vlogo pri učenju pojejo imajo premotrni nevroni zgornjega vokalnega središča (HVC), ki aktivno sodelujejo z mladimi samci (»študenti«), medtem ko poslušajo pesem odraslega moškega (»učitelj«). Pri odraslih samcih se ti nevroni prenehajo odzivati ​​na zvoke pesmi drugih ljudi. Vendar se je, kot se je izkazalo, v tem primeru ni toliko pri starosti, temveč v ravni vokalne veščine učenca in pri aktivnem zaviranju dela HVC premotornih nevronov s strani drugih nevronov iste možganske regije. HVC prestrezni nevroni pošiljajo inhibitorne signale za premostitev nevronov pri igranju teh elementov učiteljske pesmi, ki jih lahko učenec dobro igra, in tega ne storite, če študent še ne obvlada trilogije. Če imajo sesalci tudi podobne mehanizme, lahko to odkritje v prihodnosti omogoča, da se naučijo premagati inertnost mišljenja.

Zebra žarki so primeren predmet za proučevanje mehanizmov nevrološkega učenja. Moški teh ptic v svoji mladosti aktivno učijo peti, poslušajo pevanje svojih starešin (slika 1). Znanstveniki so že uspeli identificirati ključne dele možganov, vključenih v ta proces. Pokazalo se je, da je za uspešno učenje potrebno delo premotornih nevronov zgornjega vokalnega centra (HVC). Ti nevroni sprejemajo signale iz slušnih delov možganov in pošiljajo živčne impulze na jedro arkalija (robustno jedro arcopallium, RA); riž 2

Sl. 2 Oddelki ptičjega možgana so sodelovali pri pevanju in poučevanju. V obravnavanem članku v Znanost Upoštevana sta dva odseka v diagramu: "zgornji vokalni center" () in jedro arkalija (robustno jedro arcopallium, RA). Shema iz članka: F. Nottebohm, 2005. Neuralna osnova ptičjega jezika

Pri poskusih s pticami pod anestezijo je bilo dokazano, da moški HVC premotorni nevroni odgovorijo z ustvarjanjem akcijskih potencialov za petje drugih moških. Če blokirate delo teh nevronov, se mladi moški ne naučijo peti.

V novi študiji, katere rezultati so objavljeni v zadnji številki revije ZnanostAmeriški nevroznanstveniki so odkrili prej neznane podrobnosti o učnem procesu.Tokrat so bili poskusi izvedeni s budnimi moškimi, ki so bili skrbno pritrjeni, da se med poskusom ne bi premaknili. Skozi drobne luknje v lobanji so mikroelektrodke implantirali v ptice v premotornih nevronih HVC, katerih aksoni gredo v RA. To je omogočilo, da se najprej spremlja aktivnost teh nevronov (posneti so bili potenciali delovanja, ki so jih ustvarili, to je, da so bili zapisani "izhodni" signali iz HVC v RA), in drugič, vhodni signali drugih nevronov, ki jih prejmejo. Takšni signali so dve vrsti: spodbujanje in zaviranje. Privedejo do odkritja nekaterih ionskih kanalov v nevronski membrani in do pojava električnih tokov (ionskih tokov), ki težijo bodisi, da oslabi ali izboljšajo polarizacijo membrane, kar pa povečuje ali zmanjšuje verjetnost, da bo nevron ustvaril potencial ukrepanje.

Najprej so avtorji preučili, kako HMV premotorski nevroni moških različnih starosti reagirajo na pesem odraslega moškega. Izkazalo se je, da pri mladih poslušalcih ti nevroni reagirajo na zvok pesmi, vendar pri odraslih ne. Poleg tega so pri mladih moških, pri ponavljajočih se avdicijah, večkrat "ustreli" vedno znova v popolnoma enakih, strogo določenih trenutkih, ki ustrezajo določenim elementom pesmi.RA nevroni, ki so prejeli signale iz HVC, so na to odgovorili tudi z ustvarjanjem živčnih impulzov. Očitno je ta dejavnost osnova učenja.

Zdaj je bilo treba ugotoviti, zakaj pri odraslih moških neutrjeni premor HVC ne reagirajo na zvok nečloveške pesmi. Mogoče prenehajo prejemati vhodne signale iz slušnih centrov? Vendar pa ta predpostavka ni bila potrjena: meritve ekscitatornih postsinaptičnih tokov (ekscitatornih tokov) so pokazale, da vzburljivi signali na zvoku pesmi redno prispejo na HVC premotorne nevrone pri vseh moških, ne glede na starost.

Zakaj se pri odraslih samcih nevroni prenehajo odzivati ​​na te signale? Logično je domnevati, da gre za aktivno zaviranje. To je podkrepilo dejstvo, da je na prvi pogled nasprotovalo obravnavanim rezultatom, ki so se prej v poskusih na pticah pod anestezijo pokazali, da zvok pesmi sproži reakcijo HVC premotornih nevronov pri odraslih samcih. Avtorji opozarjajo, da je anestezija, s katero smo v teh poskusih spatovali ptice, uretan (glej etilkarbamat), preprečuje prenos inhibitornih signalov v možganih in blokira delo najpomembnejšega inhibitornega nevrotransmiterja GABA.

Da bi preizkusili hipotezo inhibicije, so avtorji v HVC odrasle moške uvedli snov, ki blokira GABA receptorje, gabazin in preverja, kako se HVC premotorski nevroni odzovejo na zvok pesmi. Predpostavka je bila potrjena: po tem postopku so se nevroni pri odraslih samcih začeli odzivati ​​na pesem na enak način kot pri mladih.

Tako je odziv HVC premotorjevih nevronov na zvok pesmi (in torej učnega procesa) odvisen od vzburljivih signalov, ki prihajajo iz slušnih centrov (ti signali pridejo kljub temu), temveč na prisotnost ali odsotnost zaviralnih signalov.

Nadaljnji poskusi so pokazali, da so vir teh inhibitornih signalov interkalirirani nevroni iste možganske regije (HVC). Res je, da se je celotna slika njihove reakcije na zvok pesmi izkazala za zapleteno in zmedeno ter s starostjo ptice ni povezana (vsaj ne neposredno, na preprost in očiten način).

Toda avtorji so še vedno našli pomemben vzorec v tem kaosu. Razmišljali so, da je občutek zaviranja lahko prekiniti usposabljanje, ko se je moški že naučil peti dovolj dobro.Na koncu ne morete vedno znova zgraditi nevronskih vezij in se znova vsakič, ko slišite pesem novega soseda. Če je spretnost že pridobljena in je sprejemljiva na sprejemljivo raven učinkovitosti, jo je treba določiti in se ne dotikajte več. Mogoče to zožuje obzorja in vaše razmišljanje nekoliko inertno, a zagotavlja ohranitev pridobljenega znanja.

Za preizkušanje te predpostavke so avtorji primerjali delo HVC interkalijskih nevronov pri zvoku pesmi s spretno pesmi poslušalca. Hipoteza je bila briljantno potrjena. Izkazalo se je, da je intenzivnost odziva HVC interkalijskih nevronov na zvok pesmi, pa tudi stopnja skladnosti impulzov z določenimi elementi pesmi, večje kot moški reproducira pesem učitelja.

Tako, če je moški že naučil peti kot učitelj, potem HVC prestrezne nevrone pri zvokih te pesmi pošiljajo inhibitorne signale za premostitev nevronov, zato se ne odzovejo na zvok, čeprav še vedno prejemajo stimulativne signale iz slušnih delov možganov. Kot rezultat, moški, ki so se že naučili dobro pojejo, se tega umetnosti ne učijo več.

Moška pesem moška zebrovaya je sestavljena iz več različnih elementov – "zlogov".Hkrati samci ne poučujejo celotne pesmi kot celote, ki je ena in nedeljiva, vendar pa zglobi po vrsti, dolgotrajno usposabljanje in poliranje vsakega zloga. Ker je bilo ugotovljeno, da je reakcija mnogih HVC nevronov (tako premotornih kot interkalijskih) omejena na strogo določena mesta poslušane pesmi, avtorji menijo, da je lahko inhibicija selektivna: že naučeni trilci spodbujajo aktivnost interkalijskih nevronov in tisti, ki jih še niso obvladali, jih zatreti.

Za preverjanje tega so posneli dve umetni pesmi, sestavljeni iz enega ali dveh zlogov (običajno sta bili imenovani A in B), ki sta bili izrezani iz prave pesmi. Prva umetna pesem je bila oblika AAAA, druga – ABAB. Nenavadne mlade moške so najprej poslušali prvo pesem. Zato so bili usposobljeni za razmnoževanje zloga A in zlog še ni bil seznanjen z zlogom B. Nato so izgubili drugo pesem, pri čemer so poslušali delo nevronov. Rezultati so prikazani na sl. 3

Sl. 3 Rezultati poskusa z umetnimi pesmi dveh zlogov. A – program usposabljanja. Prvič, neobučen moški je večkrat pomikal pesem, ki je sestavljen samo iz zloga A (Tutor 1). Rezultat tega je, da učenec uči ta zlog.Nato se učenje začne z drugo pesmijo, ki jo sestavljajo izmenični zlogi A in B (Tutor 2). Sprva učenci reproducirajo zloge A dobro in slabo zloga B, nato pa začnejo reproducirati oba zloga dobro. Na različnih stopnjah učenja je bilo zabeleženo delo nevronov med poslušanjem pesmi. B – fonogrami izvajanja zlogov A in B učitelja (mentorja) in učenca (učenca) na prvi stopnji usposabljanja, ko je prvi zlog že naučen, drugi pa še ni. C – graf, ki odraža podobnost zlogov A in B, ki jih izvajata učitelj in učenec v prvi fazi usposabljanja. D, E – enako za drugo stopnjo usposabljanja, ko je študent sposoben dobro opraviti zloge. F – aktivnost HVC interkalijskih nevronov v možganih študenta v prvi stopnji učenja, medtem ko poslušate pesem "ABAB". Vidimo lahko, da interkalarni nevroni močno krepijo svoje delo, ko se slišan zvok A., ki ga je študent že naučil, zveni. H – razmerje med delovanjem interkalijskih nevronov v zvoku zlogov A in B. Črni krog ustreza nevronu, katerega delo je prikazano na sliki F. Slika iz članka v razpravi Znanost

Kot je bilo pričakovati, se je med vstavljanjem že obvladalega zloga A močno povečala aktivnost vstavljenih HVC nevronov, in je bil del premorskih nevronov zaviran.Ko je zvenel nepoznani zlog B, je bila opažena nasprotna slika: aktivnost interkalijskih nevronov se je zmanjšala, medtem ko so se predhodni motorji intenzivirali. Ko so se učenci naučili zloga B, je aktivnost nevronov pri zvoku obeh zlogov postala enaka.

Tako HVC interkalarni nevroni vedo od koder (od koder še ni znan), kateri elementi pesmi so že bili naučeni in ki niso in ko se zvočni zvoki učijo, ustvarjajo impulze, ki zavirajo aktivnost HVC premotornih nevronov. Kot rezultat, je učni proces blokiran. Če se zvočni zvok, ki se še ni naučil, zveni interkalarni nevroni, njihova aktivnost zmanjša, nato pa se preimenovalni nevroni odzovejo na zvok, tako da ustvarijo živčne impulze, ki se prenašajo v jedro arkalija (RA), zato moški uči nov zlog.

Seveda obstaja veliko nerešenih vprašanj. Ni znano, od kod prihajajo interkalarni nevroni informacije o tem, ali je bil določen zlog naučen ali ne. Ni znano, koliko moških bi se moral naučiti in kako težko bi morala biti njegova pesem, da se ne bi naučili novih zlogov. Ni znano, ali so HVC in RA nevroni, ki sodelujejo pri učenju po porodu, vpleteni tudi v petje (to se po analogiji šteje za verjetne z zrcalnimi nevroni premotorjev in motornih področij sesalskega skorja, toda ni dokazano).Ni znano, kako razširjen v živalskem svetu je mehanizem zaviranja nevronov, odgovornih za učenje, ki so ga našli v rokah zebra. Poleg tega se pri odraslih prebujalnih moških neuroni HVC neprestano prenehajo odzivati ​​na zvoke nečloveške pesmi, tudi če se slušatelj še ni naučil peti, prav tako pa ni znano, zakaj se to zgodi.

Številnost neodgovorjenih vprašanj ne zmanjšuje pomena obravnavanega dela. Nekaj ​​kaže na to, da neverjetni mehanizem »učenja enkrat za vselej«, ki so ga našli avtorji, skupaj z dejavnim nasprotovanjem poskusom preusposabljanja ni le v Združenih državah. In potem lahko upamo, da bo odkritje tega mehanizma in njeno nadaljnje študiranje nekega dne omogočilo, da se naučimo, kako urediti inertnost lastnega razmišljanja. Kot smo videli v domačih državah, je to zelo enostavno: samo malo gabazina morate vstaviti v natančno določeni točki možganov. Čeprav, seveda, nihče še ni preučil stranskih učinkov tega postopka.

Vir: Daniela Vallentin, Georg Kosche, Dina Lipkind, Michael A. Long. Zebra finches Znanost. 2016. V. 351. str. 267-271.

Glej tudi o zebrovih plavutih:
1) Svobodna izbira partnerja v faddijah prispeva k preživetju potomcev, "Elements", 22. 22. 2015.
2) Zakaj ptice vedno ne pevajo glasno? "Elementi", 24. 7. 2015.
3) Ptičje maskirne gnezda, izbiranje materiala ustrezne barve, "Elements", 10.04.2015.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: