Женщина, идя по улице, слышит взрыв. Несколько мгновений спустя она узнает, что ее парень, который шел впереди нее, был застрелен. Спустя месяц, женщина в реанимации. Звуки сделаны на мусоровозы, говорит она, вызывают панические атаки. Ее мозг был сформирован глубокий, прочного соединения между громкими звуками и разрушительными зрелище, свидетелем которых она стала.
Эта история, ретранслируется клинический психиатр и соавтор нового исследования Ахмед Мохсин, доктор медицинских наук, является наглядным примером мощные способности мозга запоминать и соединяет события, разделенные во времени. И теперь, в этом новом исследовании на мышах опубликовано сегодня в нейронах, ученые из Колумбийского института по Цукерман пролили свет на то, как мозг может образовывать такие длительные связи.
Ученые обнаружили удивительный механизм, с помощью которого гиппокамп, область мозга, важных для памяти, строит мосты через раз: при стрельбе оф всплески активности, которые кажутся случайными, но на самом деле образуют сложный узор, который, с течением времени, помогают мозгу учиться организаций. Раскрыв базовые схемы за ассоциативного обучения, выводы заложить фундамент для лучшего понимания тревога и травма и стресс-связанных расстройств, таких как паническое и посттравматическое стрессовое расстройства, в котором, казалось бы, нейтральное событие может повлечь за собой отрицательную реакцию.
«Мы знаем, что гиппокамп имеет важное значение в формах обучения, которые предполагают увязывание двух событий, которые происходят еще до 10 до 30 секунд друг от друга», — сказал Аттила Лошонци, д. м. н., к. м. н., главный исследователь в Колумбии Мортимер Б. Цукерман виду мозг поведения Института и газеты соавтор старший автор исследования. «Эта способность является ключом к выживанию, но механизмы за ним не удалось. С сегодняшнего исследования на мышах, мы отобразили сложные вычисления, мозг предпринимает для того, чтобы связать отдельные события, разделенные во времени».
Гиппокамп-небольшая, морской конек-образной области похоронены глубоко в мозг-это важный штаб для обучения и памяти. Предыдущие эксперименты на мышах показали, что разрушение гиппокампа оставляет животным с проблемами обучения, чтобы связать два события разделены десятками секунд.
«Было распространено мнение, что клетки в гиппокампе поддерживать уровень настойчивые действия, чтобы связать такие мероприятия», — сказал д-р Ахмед, доцент клинической психиатрии в Колумбии Vagelos колледжа врачей и хирургов, и co-первый автор сегодняшнего исследования. «Превращение этих клеток удаляются, что бы сорвать обучения».
Чтобы проверить эту традиционную точку зрения, исследователи изображены части гиппокампа у мышей, когда животные были подвержены две разные стимулы: нейтральным звуком следуют небольшие, но неприятные струи воздуха. Пятнадцать секунд разделили два события. Ученые повторили этот эксперимент в нескольких испытаниях. С течением времени, мышей научили ассоциировать тон только из-за струи воздуха. Используя передовые двухфотонной микроскопии и функциональной визуализации кальция, они зафиксировали активность тысяч нейронов, тип клеток мозга, в животных одновременно гиппокампа в ходе каждого испытания в течение многих дней.
«При таком подходе, мы могли подражать, пусть и в упрощенном виде, процесс наших собственных мозгов пройти, когда мы научимся подключать два события», — сказал д-р Лошонци, который также является профессором неврологии в Колумбии Vagelos колледжа врачей и хирургов.
Чтобы разобраться в них собранную информацию, исследователи объединились с вычислительной нейрофизиологи, которые разрабатывают мощные математические инструменты для анализа больших объемов экспериментальных данных.
«Мы ожидали увидеть повторяющиеся, непрерывные нейронная активность, которая сохранялась в течение пятнадцати-секундное отставание, указание гиппокампа на работу слухового тона и воздушные слойки», — сказал вычислительная невролог Стефано Фузи, кандидат медицинских наук, главный исследователь в Колумбии Цукерман институт и газеты соавтор старший автор исследования. «Но когда мы начали анализировать данные, мы не видели такой активности.»
Вместо этого, мозговая активность регистрируется в течение пятнадцати-секундный промежуток времени было негусто. Лишь небольшое число нейронов уволили, и они так и сделали, казалось бы, наугад. Это спорадическая активность выглядел заметно отличается от непрерывной деятельности, что мозг отображает в других учебных и задачах памяти, как запоминание телефонного номера.
«Активность, кажется, бывают приступы и взрывы на периодические и случайные периоды времени на протяжении всего задания», — сказал Джеймс Пристли, докторант со-наставником Лошонци доктора и Фузи в Институте Колумбии Цукерман и co-первый автор статьи. «Чтобы понять действие, мы должны были сместить, как мы проанализировали данные и использовать инструменты, предназначенные для смысла случайных процессов.»
В конечном счете, исследователи обнаружили закономерность в рандоме: стиль умственных вычислений, которая, кажется, чтобы быть чрезвычайно эффективным способом, что нейроны хранят информацию. Вместо того, чтобы постоянно общаются друг с другом, нейроны экономия энергии — возможно путем кодирования информации в связи между клетками, которые называются синапсами, а не с помощью электрической активности клеток.
«Мы были рады видеть, что мозг не выдерживает постоянную активность на протяжении всех этих секунд, потому что, метаболически, это не самый эффективный способ хранения информации,» сказал д-р Фузи, который также является профессором неврологии в Колумбии Vagelos колледжа врачей и хирургов. «Мозг, кажется, есть более эффективный способ, чтобы построить этот мост, который мы подозреваем, может включать в себя изменение силы синапсов».
В дополнение к помощи, чтобы сопоставить схемы, вовлеченных в ассоциативный обучения, эти результаты также послужить отправной точкой для более глубокого изучения нарушений, влекущих нарушение ассоциативной памяти, такие как паника и посттравматическое стрессовое расстройство.
«Хотя наше исследование явно не модель клинические синдромы одно из этих расстройств, он может быть очень информативной», — сказал д-р Ахмед, который также является членом лаборатории Лошонци в Институте Колумбии Цукерман. «Например, он может помочь нам моделировать некоторые аспекты того, что может быть происходит в мозге, когда пациенты испытывают страшные ассоциации между двумя событиями, которые хотели, чтобы кто-то другой, не вызывают испуга или паники».