Heilasvæði geta tengst aftur

Vísindamenn í Tübingen hafa sýnt fram á í fyrsta sinn að hægt er að endurskipuleggja víðtækt taugakerfi í heilanum í grundvallaratriðum eftir þörfum.

Með tilraunaörvun á taugafrumum í hippocampus gátu vísindamenn frá Max Planck Institute for Biological Cybernetics í Tübingen sýnt fram á í fyrsta skipti að hægt sé að breyta virkni stórra svæða heilans til lengri tíma litið. Með því að sameina starfhæfa segulómun með örörvun og raflífeðlisfræði gátu þeir fylgst með því hvernig stórir hópar taugafrumna tengjast aftur í framheila rottu. Þetta heilasvæði er virkt þegar við munum eftir einhverju eða stillum okkur upp. Þekkingin sem aflað er er fyrsta tilrauna sönnun þess að stórir hlutar heilans breytist þegar námsferli eiga sér stað. (Núverandi líffræði, 10. mars 2009)

Vísindamenn kalla eiginleika taugamóta, taugafrumna eða heila heilasvæða að breytast eftir notkun þeirra, taugafruma mýkt. Það er grunnbúnaður fyrir náms- og minnisferli. Hebb námsreglan (1949) útskýrir nú þegar þetta fyrirbæri í taugafrumum með sameiginlegum taugamótum: Ef taugafruma A örvar taugafrumu B stöðugt og ítrekað, samkvæmt kenningu sálfræðingsins Donald Olding Hebb, breytist taugamótin í slíku. leið til að merkjasendingin verði skilvirkari. Þetta eykur himnugetu í taugafrumunni sem tekur við. Þetta námsferli, sem getur varað frá nokkrum mínútum upp í alla ævi, hefur verið mikið rannsakað í hippocampus.

Mikill fjöldi rannsókna hefur síðan sýnt að hippocampus er mikilvægt fyrir minni og staðbundna stefnumörkun hjá dýrum og mönnum. Líkt og heilaberki er hippocampus samsettur úr milljónum taugafrumna sem tengjast með taugamótum. Taugafrumurnar hafa samskipti sín á milli með svokölluðum „aðgerðarmöguleikum“: rafboð sem berast frá sendanda til viðtakanda. Ef þessir virknimöguleikar eiga sér stað oftar, hraðar eða á betri samhæfðan hátt er hægt að magna merkjasendinguna á milli frumanna, svokallaða langtímapottingu (LTP - langtímastyrking)

koma: Sending merkisins er þá varanlega mögnuð. Fyrirkomulag þessarar styrkingar er talið vera undirstaða náms.

Þrátt fyrir að áhrif langtímastyrkingar innan hippocampussins hafi verið þekkt í langan tíma, var áður óljóst hvernig taugamótabreytingar á þessari uppbyggingu geta haft áhrif á virkni heilra taugafrumnaneta, eins og cortical net, utan hippocampus. Vísindamennirnir undir forystu Nikos Logothetis, forstöðumanns Max Planck Institute for Biological Cybernetics, hafa nú kerfisbundið rannsakað þetta í fyrsta sinn. Það sem er sérstakt við rannsókn þeirra er samsetning mismunandi aðferða: Á meðan segulómsneiðmyndin gefur myndir af blóðflæðinu í heilanum og er því óbeinn mælikvarði á virkni stórra tauganeta, mæla rafskaut í heilanum beinlínis verkunarmöguleikana. og þar með styrk taugaleiðninnar. Sýnt var fram á að eftir tilraunaörvun hélst sú aukning á áreiti sem myndast á þennan hátt. „Við gátum sýnt fram á langtíma endurskipulagningu í tauganetum vegna breyttrar virkni á taugamótunum,“ sagði Dr. Santiago síki. Breytingarnar endurspegluðust í betri samskiptum milli heilahvelanna og í styrkingu rafrása í limbíska kerfinu og í heilaberki. Þó að heilaberki sé meðal annars ábyrgur fyrir skynskynjun og hreyfingum, vinnur limbíska kerfið úr tilfinningum og ber sameiginlega ábyrgð á þróun aksturshegðunar.

frumrit

Santiago Canals, Michael Beyerlein, Hellmut Merkle & Nikos K. Logothetis: Functional MRI Evidence for LTP-Induced Neural Network Reorganization. Current Biology (2009), doi:10.1016/j.cub.2009.01.037

Heimild: Tübingen [ mpg ]