‚Free lunch‘ – Ketten inneren räumlichen Karte in der Ratte Gehirn und, durch Implikation, das menschliche Gehirn

Wenn Sie das nächste mal angeboten eine Kostenlose Probe, wie Sie gehen vorbei an einem Schaufenster, gehen Sie vor und nehmen Sie es. Aber bewusst sein, dass je mehr Sie, wie das kleine Stück Käse oder ein Schluck Kräutertee, der likelier Ihr Gehirn die innere Landkarte wird die Kette in einer Weise, die erhöht Ihre Fähigkeit, zurück zu der Stelle, wo du dein freebie.

Unser Gehirn‘ neuronale Verschaltung entsteht eine räumliche Karten, wie wir navigieren Sie durch neue Umgebungen, so dass wir uns erinnern, Orte und Richtungen. Es ist zwar seit einiger Zeit bekannt, dass wir diese internen Karten, eine Studie von der Stanford University School of Medicine, online veröffentlicht 29. März in der Wissenschaft zeigt, wie bei Ratten, die diese Karten bekommen, neu gezeichnet, wenn die Ratten lernen, bekommen Sie eine Belohnung an einem bestimmten Ort auf der Karte. Dieser Prozess könnte eine Rolle spielen, Suchtverhalten beim Menschen.

Lisa Giocomo, PhD, assistant professor für Neurobiologie, ist die Studie leitende Autor. Führen die Urheberschaft wird gemeinsam von Postdoc-Stipendiat William Butler, PhD, graduate student Kiah Hardcastle.

„Jedes mal, wenn Sie überprüfen Sie Ihre Google-Karte für eine bestimmte Adresse oder restaurant-name oder ein paar von Koordinaten, erhalten Sie das gleiche anzeigen, unabhängig davon, warum Sie es suchen,“ Giocomo sagte. „Das global positioning system generiert, die Karte ist nicht egal, was du tust oder wohin du gehst, oder ob du glücklich bist, hungrig oder hing über. Es ist immer gehen, um Ihnen die gleichen Informationen.“

Wissenschaftler angenommen haben, dass das Gehirn die interne GPS arbeitet ähnlich. Aber es stellt sich heraus, dass das nicht ganz richtig.

„In dieser Studie haben wir gelernt, Ihre „innere Landkarte“ verändert sich je nach Ihrem Verhalten, Erinnerungen und Zustand des Geistes,“ Giocomo sagte. „Wir ziehen verschiedene Karten für den gleichen Platz, je nachdem, was wir eigentlich versuchen zu tun, in diesem Raum.“

Hirnregion entscheidend für die navigation

Giocomo Forschung konzentriert sich auf eine Gehirn-Bereich, der sogenannten medialen entorhinalen cortex, das ist entscheidend für die navigation. Eingebettet in der Nähe der Mitte des menschlichen Gehirns, es integriert Informationen, die von unseren Sinnen zu generieren Karten, neue Orte.

In den letzten 15 Jahren oder so, haben Wissenschaftler gelernt, dass verschiedene Nervenzellen in unserem medialen entorhinalen Kortex handeln, wie Kompasse, Tachometer, Längen-und Breitengrad, Koordinaten oder Grenz-und Meilenstein-Detektoren. Diese Zellen wurden in Nagetiere, Fledermäuse, Affen und Menschen, was darauf hindeutet, dass solche spatial-mapping-Schaltung ist ein universeller Mechanismus der säugetier-navigation und die Ergebnisse der Studie gelten für den Menschen als gut.

Bis jetzt sind alle Anzeichen gewesen, dass Sie es einfach können. Aber das ist, weil die Experimente, die für das erfassen und Messen der mapping-Prozess wurden bewusst einfach gehalten, im Interesse der immer nachvollziehbare Ergebnisse. Ein standard-Versuchsaufbau, zum Beispiel, verfügt über einen großzügigen und dennoch einfache Umgebung: eine große, oben offene box, in welcher der Boden ist übersät mit bits von zerkleinerten Getreide. Keine Berücksichtigung der test-Tiere “ Stimmung oder Absicht. Die Tiere können frei laufen, die alle um das Feld, Futtersuche in Ihrer Freizeit für crushed Cheerios, während die Forscher sammeln Daten über physiologische überwachung der Kreaturen‘ Gehirn-Zellen. Es ist ein relativ einfaches experiment zu tun. Die Wissenschaftler, die dachten, es gewann den Nobelpreis für es im Jahr 2014. (Die Arbeit war getan unter der Führung von ein paar Norwegischen Forscher unter denen Giocomo hat Ihr post-doc fellowship.)

„Aber die Tiere in der Regel nicht gehen um im inneren große, schwarze Kästen in der Hoffnung, von Staubsaugen bis Cheerios Staub,“ Giocomo sagte. „Sie haben in der Regel ein Ziel. Also beschlossen wir, zu entwerfen, eine situation, die stimulieren, die Ziel-directedness würde aber auch in der Lage sein zu beziehen, was wir gefunden hatten, was studiert worden, für die letzten 15 Jahre.“

Eine neue box

Das bedeutete, dass die Verlagerung der experimentellen Tiere zwischen zwei alternativen Umgebungen, ein ermutigendes zufällig dahin und der andere die Förderung, zielorientierte Verhalten. Um zu testen, zielorientiert Verhalten, Giocomo und Ihre Kollegen eine big box, dass war genau die gleiche Größe und Form wie die in der traditionellen experimentellen setup. Beide Boxen hatten die Böden mit zufällig verstreuten zerkleinert Cheerios. Während der Experimente entweder in box, Tiere könnten Futter frei und Essen jeden Cheerio bits, die Sie gefunden. Aber es gab einen wichtigen Unterschied. Die zweite box hatte eine ungekennzeichnete, etwa 8-by-8-Zoll – „reward-zone“ in einer festen Position auf seine Cheerios übersäten Boden. Die Versuchstiere durften Futter frei in diesem Feld, ebenso wie in den anderen ein. Aber Sie haben schnell gelernt, dass, wenn in Antwort auf eine auditive cue, Sie navigierten, um die Belohnung-zone, würden Sie bekommen einen garantierten, gute Größe zerkleinert-Müsli als Belohnung. Diese Belohnung war nur zeitweise und nur für eine kurze Zeit, nachdem Sie den cue.

Bild ein „free lunch“ – Theke in einem Supermarkt. Der Zähler ist nur einige der Zeit-aber wenn es ist, ein storewide Werbung plärrt die news auf hungrige Käufer über die Lautsprecheranlage.

Die Forscher implantierten Elektroden in mehreren hundert Nervenzellen im medialen entorhinalen cortex von Ratten, die gestellt wurden, in jeder der beiden Umgebungen. Die Elektroden wurden mit langen Kabeln, so konnten die Forscher überwachen die einzelnen Nervenzellen, die‘ elektrische Aktivität als die Tiere schweiften frei innerhalb je nachdem, welche box Sie waren.

„Ratten“ spatial mapping system ist das gleiche wie bei uns“ Giocomo sagte. „Für Nagetiere, Sie sind ziemlich smart. Sie mögen sich zu bewegen. Und Sie lieben Cheerios.“

Giocomo team gesammelt und analysiert riesige Mengen an Daten, die es Ihnen ermöglichte, zum identifizieren der einzelnen Zellen in jeder Ratte, die medialen entorhinalen Kortex, diente als Kompasse, Tachometer und position der Detektoren. Sie beobachteten auch, dass, sobald die Ratte gelernt hatte, genug darüber, wie die beiden Umgebungen unterschieden sich — vor allem, dass man über eine gelegentliche, gut beworbene „free lunch“ – mehrere Arten von Geo-map-bezogenen Zellen in der medialen entorhinalen Kortex verändert Ihre impulsmuster, wenn das Tier dann in der Nähe der „lunch counter.“ Zum Beispiel, als die Ratten kamen innerhalb von etwa einem Fuß von der Mitte des reward-zone, ob oder nicht die free-lunch-Zähler war offen, seine position-was bedeutet, das die Zellen schneller gefeuert, und die position-was bedeutet, das Zellen, die feuerten, waren spaced näher beieinander, wodurch eine höhere räumliche Auflösung.

„Das sagt uns die Ratte die Gehirne eine neue Karte des Raumes, in Reaktion auf Ihre Erfahrungen mit der Belohnung, das spiegelt die Bedeutung des Platzes, wo Sie es haben, indem Sie eine genauere Darstellung seiner position“, Giocomo sagte. Wenn die Belohnung ist ein Medikament von Missbrauch, sagte Sie, die verbesserte Genauigkeit in der Mitte der Belohnung-basierte Karte ermöglichen könnte, ein Süchtiger ist Gewohnheit.

Also das nächste mal, wenn Sie finden, sich selbst wending Ihren Weg durch ein paar unscheinbaren Seitenstraße in einer fremden Nachbarschaft auf der Suche nach einem Parkplatz, sich daran erinnern zu fressen, ein Stück Schokolade, wie man Sie aus dem Auto. Es könnte es einfacher für Sie, sich zu erinnern, wo Sie geparkt.

Die Studie wurde finanziert von der National Institutes of Health (Zuschüsse MH106475 und DA042012), das Office of Naval Research, der James-S-McDonnel-Stiftung und der Klingenstein-Simons-Stiftung.