Zašto brže trčanje ubrzava učenje u malom mozgu?

Sadržaj

• Ubrzavaju li brže trčanje brže učenje u ljudskom cerebelumu?

Brže trčanje na pokretnoj traci pojačava asocijativno učenje u cerebelumu miševa, prema novoj studiji istraživača iz Centra za nepoznato Champalimaud. Ovaj rad, "Lokomotorna aktivnost modulira asocijativno učenje u cerebelumu miša", objavljen je 16. travnja u časopisu Nature Neuroscience.

"Mali mozak važan je za učenje vještih pokreta. Kalibrira pokrete pred promjenjivim okruženjem kako bi ih koordinirao na vrlo precizan način", rekla je glavna autorica Megan Carey u izjavi. Carey je glavni istražitelj i vođa grupe Neuroznanstvenog programa u Champalimaudovom centru za nepoznate u Lisabonu u Portugalu.

Glavno izuzeće iz ove studije je da su brži i bolji miševi trčali na traci, brži i bolji njihov mali mozak naučio je asocijativni zadatak nazvan "odgoditi kondicioniranje treptaja".

Autori opisuju metodu svog najnovijeg istraživanja: „Ovdje smo istraživali učinke stanja ponašanja, a posebno lokomotorne aktivnosti, na usporavanje usnih treptaja, oblik asocijativnog učenja koji ovisi o malom mozgu. U odgađanju kondicioniranja oka, životinje nauče zatvoriti oko kao odgovor na prvotno neutralni uvjetovani podražaj (CS) koji pouzdano predviđa averzivni bezuvjetni podražaj (US), poput napuha zraka u oči. "

Kako bi stekli bolje razumijevanje staničnih promjena koje prate učenje u malom mozgu, Carey i kolege razvili su uvjetni zadatak podučavanja miševa da trepću očima kao odgovor na bljesak svjetlosti povezan s napuhom zraka, dok trče na razne brzine na traci za trčanje. Kondicioniranje treptaja očima uobičajeni je način ispitivanja brzine i učinkovitosti asocijativnog učenja u malom mozgu.

Miševi u ovom istraživanju kojima su se pokretne trake postavile bržom brzinom naučili su brže povezati bljesak svjetlosti (koji obično ne uzrokuje miševe da trepću) s udisajem zraka. Dakle, čak i ako nije bilo zapuha zraka koji bi pratio bljesak svjetlosti, ti su miševi automatski trepnuli. S druge strane, trebalo je mnogo više vremena da se kondicioniranje treptaja s odgodom kodira u mali mozak miševa čiji su trake za trčanje postavljene sporijom brzinom.

U izjavi, prva autorica ove studije, Catarina Albergaria, sažela je: "Naše je glavno otkriće bilo da bismo mogli učiniti da miševi bolje uče bržim trčanjem."

Značajno je da su istraživači također otkrili da su naknadne performanse treptanja koristile bržim trčanjem. "Miševi su se manje dobro pokazali kad smo usporili traku za trčanje, a to se dogodilo u vremenskim razmjerima od nekoliko sekundi", rekao je Albergaria.

Nakon identificiranja uzročno-posljedične veze između brzina trčanja i asocijativnog učenja u malom mozgu, istraživači su radoznali precizno odrediti gdje se to poboljšanje događa u "malom mozgu".

Za ovu fazu svoje studije, istraživački tim koristio je optogenetiku kako bi stimulirao specifične neurone koji se projiciraju na mali mozak zvan "mahovina vlakna". Unutar malog mozga, senzorne informacije prenose se iz mahovinskih vlakana u stanice granula na način koji omogućava jednom aksonu mahovinastih vlakana da utječe na ogroman broj Purkinjeovih stanica.

Zanimljivo je da kada su istraživači stimulirali mahovine pomoću optogenetike, primijetili su pojačano učenje usporedo s bržim trčanjem. Stoga istraživači nagađaju da bi pronalaženje načina za izravno poticanje aktivnosti mahovitih vlakana moglo imati iste koristi od asocijativnog učenja kao i trčanje. „To ne mora nužno biti kretanje; sve što pokreće povećanje aktivnosti mahovitih vlakana moglo bi pružiti ekvivalentnu modulaciju učenja ", rekao je Albergaria.

Unatoč ovim revolucionarnim nalazima o asocijativnom učenju u malom mozgu, autori brzo ističu da brže trčanje ne mora nužno povećati brzinu učenja u drugim područjima mozga. "Ne znamo je li to istina za druge, ne cerebelarne vrste učenja", upozorava Albergaria.

Ubrzavaju li brže trčanje brže učenje u ljudskom cerebelumu?

Prema Albergariji, "Mali mozak dobro je očuvana struktura među vrstama i postoje krugovi koji su uobičajeni među vrstama." Nagađa da bi nam buduća istraživanja temeljena na tim nalazima mogla pomoći da bolje shvatimo kako lokomocija utječe na asocijativno učenje u ljudskom malom mozgu.

"Skloni smo misliti da za manipulaciju plastičnošću mozga, tako da ljudi brže uče, a spori se učenici poboljšavaju, moramo se drogirati. Ali ovdje je sve što smo trebali učiniti bilo kontrolirati koliko brzo mišići trče kako bi postigli poboljšanje. Bilo bi zanimljivo vidjeti vrijedi li to za ljude, za cerebelarne oblike učenja - pa čak i za druge vrste učenja ", rekla je Carey u izjavi.

Autori zaključuju: „Naši rezultati sugeriraju da lokomotorna aktivnost modulira odgađanje kondicioniranja oka kroz povećanu aktivaciju mahovinskog puta vlakana unutar malog mozga. Zajedno, ovi rezultati pružaju dokaze o novoj ulozi modulacije stanja ponašanja u asocijativnom učenju i sugeriraju potencijalni mehanizam putem kojeg bavljenje pokretom može poboljšati sposobnost pojedinca za učenje. "

Buduća istraživanja u laboratoriju Carey pokušat će odgovoriti na veća pitanja, poput toga zašto nam hodanje i druge vrste aerobnih vježbi pomažu u koordinaciji misli, organiziranju ideja i stvaranju kreativnih rješenja. Anektodalni dokazi također povezuju tjelesnu aktivnost s "Aha!" trenutke. Na primjer, Albert Einstein slavno je rekao za E = mc ² , "Na to sam pomislio dok sam vozio bicikl." U skladu s tom linijom, Manish Saggar sa Sveučilišta Stanford pronašao je dokaze fMRI za snimanje mozga da poboljšana povezanost malog mozga pojačava kreativni kapacitet.

Istraživanje malog mozga Megan Carey u Lisabonu lijepo se poklapa s istraživanjem malog mozga koje je proveo Jeremy Schmahmann na Harvard Medical School u Bostonu. Schmahmannova hipoteza "Dismetrija misli" postavlja da nam mali mozak pomaže da koordiniramo svoje misli na isti način na koji nam pomaže da koordiniramo svoje pokrete.

Više o tome vidi u "Jeremy Schmahmann raspetljava zbunjenost našeg malog mozga" i MINDlink Foundation: Povezivanje malog mozga s lijekovima.

Schmahmann, Jeremy D. "Poremećaji malog mozga: Ataksija, Dismetrija misli i kognitivno-afektivni sindrom cerebela." The Journal of Neuropsychiatry and Clinical Neurosciences (2004) DOI: 10.1176 / jnp.16.3.367

Jeremy D. Schmahmann i Janet C. Sherman. "Cerebelarni kognitivni afektivni sindrom." Mozak: časopis za neurologiju (1998) DOI: 10.1093 / mozak / 121.4.561

Schmahmann, Jeremy D. "Dismetrija misli: Kliničke posljedice cerebelarne disfunkcije na spoznaju i utjecaj." Trendovi u kognitivnim znanostima (1998) DOI: 10.1016 / S1364-6613 (98) 01218-2