Rattenstudie findet mentale Wiederholung vergangener Erfahrungen, die für das Lernen kritisch sind
Laut einer neuen Studie mit Ratten ist es wichtig, vergangene Erfahrungen im Wachzustand geistig wiederzugeben, um fundierte Entscheidungen zu treffen.
Von den National Institutes of Health finanziert, blockierten die Forscher das Lernen aus früheren Erfahrungen und deren Reaktion, indem sie die Wiedergabe selektiv unterdrückten, die als sekundenschnelle Ausbrüche neuronaler Aktivität in den Gedächtnisknotenpunkten von Ratten codiert war, die eine Labyrinthaufgabe ausführten.
"Es scheinen diese welligen Ausbrüche elektrischer Aktivität im Hippocampus zu sein, die es uns ermöglichen, über zukünftige Möglichkeiten auf der Grundlage vergangener Erfahrungen nachzudenken und zu entscheiden, was zu tun ist", sagte Loren Frank, Ph.D., von der University of California. San Francisco, der feststellte, dass "ähnliche Muster der Hippocampus-Aktivität beim Menschen in ähnlichen Situationen festgestellt wurden".
Frank und seine Kollegen hatten in früheren Studien entdeckt, dass die rhythmische, welligkeitsähnliche Aktivität im Hippocampus mit der mentalen Wiederholung vergangener Erfahrungen während der Ruhepausen bei Ratten zusammenfiel. Es ist bekannt, dass dasselbe Signal während des Schlafes zur Festigung von Erinnerungen beiträgt. Daher stellten die Forscher die Hypothese auf, dass diese Wachwelligkeitszustände für die gedächtnisgesteuerte Entscheidungsfindung erforderlich sind.
Um dies in der aktuellen Studie zu testen, unterdrückten sie selektiv die Welligkeitsaktivität, ohne andere Funktionen zu stören, und überwachten gleichzeitig die Auswirkungen auf die Leistung der Tiere in einer Labyrinthaufgabe.
Die Forscher fanden heraus, dass einzelne Neuronen in bestimmten Bereichen des Hippocampus mit einem bestimmten Ort assoziiert werden. Diese Ortszellen feuern, wenn sich das Tier an diesem Ort befindet oder - wie sich herausstellt - die Erfahrung, an diesem Ort zu sein, nur mental wiedergibt.
Im letzten Experiment musste sich die Ratte merken, welchen der beiden äußeren Arme eines W-förmigen Labyrinths sie zuvor besucht hatte, und sich zwischen ihnen abwechseln und den gegenüberliegenden Arm nach dem ersten Besuch des Mittelarms besuchen, um eine Belohnung zu erhalten. Die Wellenaktivität tritt auf, wenn Ratten während der Pausen zwischen den Versuchen inaktiv sind, sagten die Forscher.
Platzieren Sie die mit dem Labyrinthfeuer verbundenen Zellen schnell hintereinander und synchron mit anderen Neuronen in der Nachbarschaft. Die gleichen Ortszellen feuern in der gleichen Reihenfolge wie beim ersten Durchgang der Ratte durch das Labyrinth, was darauf hindeutet, dass die Ratte die früheren Erfahrungen mental wiedergibt, jedoch auf einer viel schnelleren Zeitskala, so die Forscher.
Ein automatisches Rückkopplungssystem schaltete das Brennen der Zellen über eine milde elektrische Stimulation aus, wenn es eine Welligkeitsaktivität feststellte, die auch die Wiedergabe des Labyrinthspeichers verhinderte. Ohne den Vorteil einer mentalen Wiederholung verschlechterte sich die Leistung der Ratten bei der Labyrinthaufgabe, berichten die Forscher.
Die Beeinträchtigung lag im räumlichen Arbeitsgedächtnis der Tiere - ihrer Fähigkeit, unmittelbare und frühere Erfahrungen mit der Belohnung zu verknüpfen. Diese Fähigkeit war erforderlich, um richtig zu entscheiden, welchen Außenarm nach dem Verlassen des Mittelarms während ausgehender Versuche besucht werden soll, erklärte Frank.
Die Forscher schlagen vor, dass die Wachwiederholung im Hippocampus Informationen über vergangene Orte und zukünftige Optionen für den Exekutivknoten des Gehirns, den präfrontalen Kortex, liefert, der die Wechselregel lernt und sie auf das Führungsverhalten anwendet.
Obwohl die Wiederholung bei Ratten nur einen Bruchteil einer Sekunde dauert, bemerkte Frank, dass sie unserer eigenen Erfahrung von Erinnerungen nicht unähnlich sind, die dazu neigen, oft lange Ereignisse zu den Höhepunkten dessen zu komprimieren, was mit uns passiert ist.
"Wir glauben, dass das Gehirn für viele Dinge dieselben welligen Ausbrüche verwendet", sagte er. "Sie werden verwendet, um Erinnerungen abzurufen, Möglichkeiten zu erkunden - Tagträume - und um Erinnerungen zu stärken."
Quelle: Nationale Gesundheitsinstitute
