Dendritas separadas, diferentes reglas para aprender en un solo estudio de ratón neuronal

¿Cómo aprendemos algo nuevo? ¿Trabajar en un nuevo trabajo, la letra de la última canción de éxito o las instrucciones de la casa de un amigo en nuestra mente? La respuesta amplia es que nuestros cerebros se adaptan para ajustar la nueva información. Para seguir un nuevo comportamiento o mantener la información recién iniciada, los circuitos del cerebro cambian.

Dichas modificaciones se orquestan en billones de symps, la relación entre las neuronas individuales, donde circula el cerebro. En un proceso coordinado complejo, la nueva información hace que algunas sinapsas se fortalezcan con nuevos datos, mientras que otros se debilitan. Los neurocientíficos estudian de cerca estos cambios, conocidos como "plasticidad sináptica", identificaron muchos procesos moleculares que causan tal plasticidad. Sin embargo, una comprensión de las reglas que determinan que los santos bajo este proceso siguen siendo desconocidos, representan un misterio que finalmente determina cómo se captura la información aprendida en el cerebro.

La Universidad de California, San Diego, el neurobiólogo William "Jake" Right, PhD, Nathan Headric, PhD y Takki Komiyama, PhD, utilizaron un método de visualización cerebral de vanguardia que incluye imágenes de dos fotones, en la que la actividad cerebral de los ratones era zoomoso y aprendizaje durante las actividades de aprendizaje. Las actividades de las neuronas fueron rastreadas. Destaca cómo el cerebro corrigió su cableado mientras aprendía, el equipo descubrió que los segmentos dendríticos individuales de una sola neurona siguen diferentes reglas.

Con la capacidad de mirar los cineap individuales como antes, las nuevas imágenes mostraron que las neuronas no siguen un conjunto de reglas durante los episodios de aprendizaje, como se tomó en el pensamiento tradicional. Por el contrario, los datos han demostrado que las neuronas separadas siguen muchas reglas, con sincetas en diferentes regiones después de diferentes reglas.

Los nuevos hallazgos desafían la idea de que las neuronas siguen una sola estrategia de aprendizaje y ofrecen un nuevo enfoque de cómo el cerebro aprende y adopta el comportamiento. Los resultados pueden apoyar la investigación líder para el nuevo desarrollo en áreas que incluyen trastornos cerebrales y conductuales para la inteligencia artificial. La nueva visión puede apuntar a los nuevos enfoques terapéuticos para dirigir los trastornos neurodogenorativos y neurodavalpmatales, incluida la enfermedad o el autismo de Alzheimer, así como el trastorno de estrés posterior al tracto.

"Cuando las personas hablan de plasticidad sináptica, generalmente se considera lo mismo dentro del cerebro", dijo Wright, un erudito postdotoral en la Escuela de Ciencias Biológicas y el primer autor del estudio. "Nuestra investigación proporciona una comprensión clara de cómo se modifican las sinapsas durante el aprendizaje, con implicaciones para la salud potencialmente importantes porque muchas enfermedades en el cerebro incluyen algunas formas de disfunción sináptica".

Los investigadores informaron sobre sus hallazgos CienciaTítulo en un artículo "Las reglas específicas de plasticidad sináptica funcionan en compartimentos dendríticos in vivo mientras aprenden las reglas,

Los autores escribieron que la capacidad de lograr y personalizar el comportamiento a través del proceso de aprendizaje es una de las funciones más básicas del cerebro, han escrito los autores. "La plasticidad sináptica subraya el aprendizaje modificando la entrada sináptica específica para reabrir la actividad y el comportamiento nerviosos". La notable capacidad del aprendizaje y la adaptación radica en la capacidad de modificar la conexión dentro de sus circuitos nerviosos (plasticidad sináptica, en la que se reemplazan las sinapsas específicas para reabrir la actividad nerviosa y apoyar el cambio de comportamiento. Las neuronas, a diferencia de la mayoría de los otros tipos de células, se caracterizan por sus abogados dendríticos complejos, similares a los árboles, que se expanden al cuerpo celular y sirven como el sitio principal para obtener señales de otras neuronas a través de una entrada sináptica. Estas dendritas no son las mismas; En cambio, se realizan en compartimentos separados con propiedades físicas y biofísicas especiales, que posiblemente afectan cómo los diferentes patrones de actividad nerviosa desencadenan procesos bio químicos que reducen la plasticidad sináptica. Los investigadores sugirieron: "Es posible que las neuronas individuales usen múltiples reglas de plasticidad dependientes de la actividad de manera específica del compartimento, lo que puede costar a las neuronas con una mayor capacidad de codificación".

Al omitir las barreras de tamaño, los científicos usan la proteína CD36 para proporcionar protas pesadas.

El cerebro determina qué cineaps debe modificarse durante el aprendizaje y si las neuronas individuales aplican reglas de plasticidad iguales en sus entrenadores dendríticos estructurales y diferentes, que siguen siendo desconocidos. Los neurocientíficos han estudiado cuidadosamente cómo los senaps solo tienen acceso a su propia información "local", pero colectivamente ayudan a dar forma a los comportamientos recién aprendidos de par en par, un rompecabezas etiquetado como "problema de tarea de crédito". Este problema está en línea con hormigas individuales que trabajan en funciones específicas sin conocimiento de los objetivos de toda la colonia. El equipo dijo: "Sin embargo, la inducción y la expresión de la plasticidad sináptica se ha ampliado ampliamente a los mecanismos moleculares y celulares subyacentes," no está claro que no esté claro cómo se seleccionan los ceninos específicos para experimentar diversas formas de plasticidad durante el aprendizaje, lo que a menudo se conoce como un problema de tarea de crédito. ,

Para descubrir cómo adaptarse a las funciones de sinapsis y el aprendizaje, los dresivos correctos y co -dressos utilizaron imágenes avanzadas para observar sinapsas individuales en la corteza motora de ratones porque los animales aprendieron nuevas habilidades motoras. El equipo entrenó a ratones en un trabajo motor, que se sabe que ejecuta la plasticidad sináptica en las neuronas de la corteza motora de la capa 2/3, observando señales de comportamiento claras en dos semanas. Luego, para verificar cómo se adaptan los cineap individuales durante este proceso, los investigadores utilizados con sensores moleculares in vivo do-foton Imaging, que rastrea simultáneamente la entrada sináptica (a través de la liberación de glutamato) y la salida neuronal (a través de la actividad de calcio). Los autores encontraron que los patrones relacionados con el aprendizaje de la actividad nerviosa ejecutan la plasticidad sináptica de diferentes maneras en los compartimentos dendríticos.

En las dendritas épicas, las sinapsas se fortalecieron cuando colaboraron con los vecinos, lo que sugiere que la plasticidad aquí controla la interacción local entre las entradas adyacentes. Por el contrario, la plasticidad en las dendritas basales se conectó con la salida general de la neurona, que es más fuerte o débil en función de la actividad sincronizada sincronizada alineada con el disparo de potencial de acción global. Suprimir la actividad de una neurona tiene una plasticidad selectivamente con discapacidad en las dendritas basales, pero no en las dendritas.

Esto sugiere que las neuronas siguen varias reglas a la vez, sorprendentes a los investigadores. "Este descubrimiento cambia fundamentalmente en la forma en que entendemos cómo el cerebro resuelve el problema de la asignación de crédito, con el concepto de que las neuronas individuales calculan de manera diferente en paralelo a diferentes compartimentos subcontrictorios", dijo Komiyama, "el estudio del estudio (Escuela de Ciencias Biológicas) y la escuela sale de un profesor en el departamento de medicina, y con el nombramiento en el pase de la altura, en la cena, en la cena, en la altura, en la cena, y, en la cena, en la altura, en la altura, en la altura, en la altura, y, en la cena, en la altura, y, en la cena, en la altura, y, en la cena, en la altura, y, en la cena, en la ala, y, en la cena, en la altura, y, en la altura, en la ala, y, en la cena, en la ala, y, en la cena, en la ala.

La nueva información proporciona ideas prometedoras sobre el futuro de la inteligencia artificial y el futuro de la red nerviosa, en la que trabajan. Por lo general, una red nerviosa completa sirve en un conjunto común de reglas de plasticidad, pero esta investigación infecta nuevos métodos para diseñar sistemas de IA avanzados utilizando varias reglas en unidades únicas.

Para la salud y el comportamiento, las conclusiones pueden ofrecer un nuevo método para tratar afecciones, incluida la adicción, el trastorno de estrés postromático y la enfermedad de Alzheimer, así como los trastornos neurodevaluados como el autismo.

Wright dijo: "Este trabajo está tratando de entender cómo el cerebro generalmente funciona para permitirnos comprender mejor, qué va mal en estas diferentes enfermedades". Los nuevos hallazgos ahora son investigadores líderes en un plan de estudios para comprender que las neuronas pueden usar diferentes reglas simultáneamente y cuáles son los beneficios de usar varias reglas.