دانشمندان علوم اعصاب سلول های مغزی جدیدی را کشف کردند که به تصحیح خطاهای ناوبری کمک می کند

در طول مسیریابی معمول در زندگی روزمره، مغز ما از نقشه برداری فضایی و حافظه برای هدایت ما از نقطه A به نقطه B استفاده می کند. درست مانند روال: اشتباه در مسیریابی که نیاز به اصلاح مسیر دارد.

اکنون، محققان دانشکده پزشکی هاروارد گروه خاصی از نورون‌ها را در ناحیه‌ای از مغز که در مسیریابی نقش دارند شناسایی کرده‌اند که وقتی موش‌ها در حال دویدن از پیچ و خم از مسیر خارج می‌شوند و خطای خود را تصحیح می‌کنند، دستخوش فعالیت‌های ناگهانی می‌شوند.

این یافته ها در 19 ژوئیه در طبیعت، دانشمندان را یک قدم به درک نحوه عملکرد ناوبری نزدیکتر می کند و در عین حال سؤالات جدیدی را ایجاد می کند. این پرسش‌ها شامل نقش خاصی است که این نورون‌ها در طول مسیریابی ایفا می‌کنند و اینکه آنها در سایر مناطق مغز که در آن یافت می‌شوند چه می‌کنند.

ناوبری بسیار مورد مطالعه قرار گرفته است، اما طبق دانش ما، این اولین بار است که این نوع سیگنال تصحیح خطا را شناسایی می کنیم. فکر می‌کنم این مطالعه مسیر جدیدی را اضافه می‌کند که می‌توانیم با تحقیقات ناوبری به آنجا برویم.”

کریستوفر هاروی، نویسنده ارشد، دانشیار نوروبیولوژی در موسسه بلاواتنیک در HMS

انجام تصحیح دوره

برای درک ناوبری، آزمایشگاه هاروی قشر جداری خلفی را مطالعه کرده است، منطقه ای نزدیک به پشت مغز که در استدلال فضایی و همچنین یادگیری و برنامه ریزی حرکات نقش دارد. به گفته تیم تحقیقاتی، سلول هایی که آن منطقه را تشکیل می دهند، تا حد زیادی یک جعبه سیاه باقی مانده اند.

جاناتان گرین، سرپرست تیم تحقیق، پژوهشگر نوروبیولوژی در HMS، توضیح داد: «همه این انواع سلول های مختلف در آن منطقه وجود دارد، اما زمانی که این پروژه را شروع کردیم، چیز زیادی در مورد این که این انواع سلولی ممکن است انجام دهند، نمی دانستیم.

روشن کردن نقش این سلول‌های مختلف برای درک نحوه کار آنها برای تشکیل مدار عصبی که به ناوبری در آن ناحیه مغز کمک می‌کند، ضروری است.

برای بررسی انواع سلول در قشر جداری خلفی، گرین و هاروی به مایکل گرینبرگ، همکار و نویسنده مطالعه، پروفسور نوروبیولوژی HMS Nathan Marsh Pusey مراجعه کردند. آنها ابزاری را قرض گرفتند که در آزمایشگاه او ساخته شده بود که به دانشمندان اجازه می دهد تا انواع سلول ها را به روشی دقیق تر برچسب گذاری کنند. محققان از یک کپسول ویروسی برای تزریق یک عنصر تنظیم کننده ژن به قشر جداری خلفی استفاده کردند که یک زیرگروه نورون را برای بیان یک پروتئین فلورسنت آبی القا کرد. به این ترتیب، محققان به طور انتخابی این نورون ها را برای نظارت بر فعالیت آنها برچسب گذاری کردند.

با برچسب گذاری نورون ها، این تیم از یک تکنیک آزمایشی توسعه یافته در آزمایشگاه هاروی استفاده کردند که شامل قرار دادن موش ها در پیچ و خم واقعیت مجازی است: یک موش روی یک توپ می دود، در حالی که یک صفحه بزرگ فراگیر یک وظیفه ناوبری فضایی را نشان می دهد. در این مورد، کار در یک پیچ و خم T شکل حرکت می کرد تا یک پاداش در یک انتها پیدا شود. هنگامی که موش این کار را انجام می داد، محققان فعالیت عصبی را در قشر جداری خلفی ثبت کردند.

محققان دریافتند که وقتی یک موش در حین مسیریابی اشتباهی مرتکب و تصحیح می کند، زیرگروه نورون ها فعال می شوند. این امر حتی زمانی که ماوس را با چرخاندن پیچ و خم یا تغییر نشانه‌های رنگی به اشتباه هدایت می‌کردند صادق بود. با این حال، اگر ماوس اشتباهی مرتکب نشد، یا اشتباهی مرتکب شد اما آن را اصلاح نکرد، نورون ها شلیک نمی کردند.

هنگامی که نورون ها فعال شدند، این کار را به صورت هماهنگ انجام دادند و باعث شد یک آزمایش بعدی انجام شود که در آن محققان سلول ها را با نور تحریک کردند. آنها دریافتند که نورون‌ها اساساً به یکدیگر متصل هستند، به این معنی که جریان الکتریکی که به آنها دستور شلیک می‌دهد می‌تواند مستقیماً از یک سلول به سلول دیگر جریان یابد.

هاروی می‌گوید: «این نورون‌ها همگی درست در همان لحظاتی که موش از مسیر خود منحرف شد و مجبور شد برای دریافت پاداش اصلاح شود، با هم فعال می‌شدند، که ما فکر می‌کنیم به این معنی است که می‌توانند برای یادگیری یا اصلاح مسیرهای ناوبری واقعا مهم باشند.»

یک سیگنال گسترده تر؟

این یافته ها شواهد وسوسه انگیزی را ارائه می دهد که نشان می دهد این زیرمجموعه از نورون ها نقش اساسی در کمک به مغز در تصحیح خطاهای ناوبری ایفا می کنند، اما محققان مشتاق هستند تا چگونگی و چرایی آن را بررسی کنند.

هاروی علاقه مند است که آیا این سیگنال تصحیح خطا به مغز در یادگیری مسیرهای ناوبری کمک می کند یا خیر. چیزی که او آن را «یک قطعه گمشده از پازل برای چگونگی ناوبری اتفاق می‌افتد». برای کشف این ایده، محققان آزمایش‌هایی را انجام می‌دهند که در آن فعالیت نورون‌ها را مختل می‌کنند و می‌بینند که چگونه توانایی ناوبری موش تحت تأثیر قرار می‌گیرد.

گرین گفت: «ما می‌خواهیم بفهمیم که آیا این سیگنال به صورت لحظه به لحظه در اصلاحات رانندگی نقش دارد یا اینکه با کمک به مدار در یادگیری اقدامات صحیح در طول زمان، در مقیاس زمانی طولانی‌تر عمل می‌کند.

اگرچه این مطالعه بر روی موش ها انجام شد، گرین خاطرنشان کرد که انسان ها دارای یک نوع سلول مشابه هستند، بنابراین “این سیگنال تصحیح خطا که در موش ها می بینیم در واقع می تواند کاملاً با آنچه در مغز ما اتفاق می افتد مرتبط باشد.” با این حال، تحقیقات بیشتری برای تأیید اینکه آیا این مورد نیاز است.

جالب اینجاست که این زیرگروه نورون ها در سایر نواحی مغز که به شدت در جهت یابی نقش دارند و همچنین در قشر بینایی و هیپوکامپ، مرکز یادگیری و حافظه، وجود دارند. بنابراین، گرین می‌خواهد آنچه را که نورون‌ها در این مناطق دیگر انجام می‌دهند بررسی کند تا بفهمد آیا آنها نقش گسترده‌تری در تصحیح خطا و یادگیری دارند یا خیر.

محققان همچنین قصد دارند رویکرد تجربی خود را برای سایر زیرمجموعه‌های نورون‌ها در قشر جداری خلفی اعمال کنند. بسیاری از آنها در چندین ناحیه مغز نیز وجود دارند – به امید شناسایی انواع سلول های بیشتر با عملکردهای خاص.

“اگر بتوانیم بفهمیم که همه این زیرمجموعه‌های نورون‌ها در نواحی مختلف مغز چه می‌کنند، امید این است که بتوانیم به برخی از عملکردهای کلی سلول‌ها دست پیدا کنیم که ما را به درک چگونگی این مدار عصبی که در سراسر نواحی مغز تکثیر می‌شود، نزدیک‌تر می‌کنند. کار می کند، “گرین گفت.