Kalifornijscy naukowcy oświeceni przez myszy

W trakcie naszego codziennego funkcjonowania nieustannie bombarduje nas niezliczona ilość obrazów i dźwięków, często zupełnie ze sobą niezwiązanych. Jaki mechanizm pozwala mózgowi “odfiltrować” te bodźce, które nas rozpraszają i przyjmować te, które pomagają nam w realizacji określonego zadania? Zespół naukowców z Uniwersytetu Riverside w Kalifornii dokonał odkrycia, które być może przyniesie odpowiedź na to pytanie.

To jest ważne, a tamto nieważne…

Badanie przeprowadzono na myszach. Zwierzęta zostały wytresowane w taki sposób, by potrafiły odróżnić bodziec istotny od rozpraszającego. Uczyły się reagować inaczej, w zależności od tego, gdzie w ich polu widzenia pojawia się dany bodziec. Następnie w fazie eksperymentu dwa identyczne bodźce były prezentowane jednocześnie w dwóch różnych lokalizacjach. Zadaniem myszy była reakcja na właściwy bodziec i zignorowanie tego rozpraszającego. W tym badaniu jako bodziec służyło pobudzenie wibrysów (wąsików) myszy. Dla tego gatunku są one niczym opuszki palców dla człowieka: są bardzo wrażliwe i mogą służyć do eksploracji przestrzeni. Ponadto każdy wibrys jest precyzyjnie odwzorowany w korze sensorycznej gryzonia, co ułatwia śledzenie sygnału zmysłowego. Naukowcy dostarczali dwa identyczne bodźce, dotykając jednocześnie przeciwległych obszarów włosów czuciowych myszy. Gryzonie zostały wcześniej wytresowane tak, by odpowiadały na pobudzenie przychodzące tylko z jednej strony, a pozostałe bodźce ignorowały. A zatem jeden z tych bodźców był istotny, drugi nie.

Świecące mózgi

Gryzonie, na których przeprowadzono badanie, zostały zmodyfikowane genetycznie. Za sprawą ingerencji badaczy korowe neurony myszy miały właściwości fluorescencyjne. Innymi słowy, aktywowany neuron dosłownie zaczynał świecić. Dzięki temu naukowcy przy pomocy precyzyjnej kamery mogli dokładnie zarejestrować ścieżki aktywności mózgu myszy w odpowiedzi na istotne i nieistotne bodźce.

Podglądanie pracy neuronów

Zespół Edwarda Zaghi, profesora psychologii na Uniwersytecie Riverside, wykorzystał w tym badaniu nowatorską technikę neuroobrazowania. Umożliwia ona rejestrację aktywności neuronów na powierzchni całej kory mózgu, w trakcie gdy myszy wykonują zadania. Za pomocą tej metody grupie badaczy udało się wskazać dokładny obszar mózgu, w którym rozpraszające bodźce są blokowane. Dzięki zastosowaniu takiej blokady mózg nie przetwarza ich dalej, co pozwala na pełne skupienie się na wykonywanym zadaniu.

„Odpowiedź na istotny bodziec została zarejestrowana w wielu obszarach kory mózgu. Natomiast odpowiedź na bodziec nieistotny została gwałtownie zakończona na poziomie kory sensorycznej” – opowiada Edward Zagha.

Badacze byli zaskoczeni gwałtownością, z jaką przetwarzanie nieistotnej informacji jest eliminowane z aktywności kory. Zaobserwowali oni, że odpowiedź na bodźce rozpraszające dociera jedynie do obszarów kory sensorycznej zaangażowanej w rejestrację zewnętrznych zjawisk. Następnie sygnał jest blokowany i nie propaguje do dalszych obszarów kory tak, jak to się dzieje z informacją o bodźcach ważnych.

Jak to w ogóle działa?

Współczesne badania dostarczają coraz więcej informacji na temat funkcjonowania neuronów oraz zdolności poznawczych człowieka. Jednakże to, w jaki sposób grupy neuronów organizują się, by zapewniać te zdolności, wciąż pozostaje niezbadane. Również sam mechanizm, za pomocą którego mózg blokuje niepotrzebne informacje, nie został jeszcze wystarczająco dobrze opisany.

„Głównym wyzwaniem jest rejestracja aktywności neuronowej z wykorzystaniem wysokiej jakości technik neuroobrazowania. Drugim, równie trudnym, problemem jest użycie odpowiednich metod obliczeniowych, dzięki którym możliwe będzie przeanalizowanie danych”  – wyjaśnia Zagha.

Eksperyment przeprowadzony w kalifornijskim laboratorium sprostał obu tym wyzwaniom. Jego wyniki pozwalają na dokładne określenie obszaru mózgu, w którym rozpraszające bodźce są blokowane. Dzięki temu w przyszłych badaniach naukowcy mogą skupić się na regionach mózgu komunikujących się z tym kluczowym miejscem, aby odkryć, w jaki sposób wybrana informacja jest eliminowana.

To nie koniec badań

„Nasze odkrycie znacząco przyczynia się do rozumienia i leczenia zaburzeń zdrowia psychicznego takich jak deficyt uwagi (ADHD) lub schizofrenia. Badając mechanizmy blokowania rozpraszającego bodźca, możemy dowiedzieć się, jakie obwody neuronowe kontrolują uwagę i hamują działania instynktowne” – relacjonuje Zagha.

Naukowiec jest przekonany, że neuronalne obwody odpowiadające za selekcję informacji i kontrolę impulsu ulegają uszkodzeniu w chorobach związanych z deficytem uwagi oraz w schizofrenii. A zatem poznanie mechanizmu blokowania nieistotnych bodźców jest kluczowe w stworzeniu racjonalnej i skutecznej metody leczenia tych zaburzeń.

„Wiemy, że kora mózgu osoby skłonnej do rozpraszania się wysyła niewystarczający sygnał niezbędny do zatrzymania propagacji bodźców nieistotnych. To właśnie ten sygnał pełni rolę odźwiernego, wpuszczając do świadomości tylko istotne informacje. Przypuszczamy, że jego źródłem jest kora przedczołowa” – wyjaśnia Zagha.

Zespół badaczy z Uniwersytetu Riverside przygotowuje serię badań, których celem jest stopniowe zwiększanie wiedzy dotyczącej “filtrowania” informacji. Stoją przed nimi jednak pewne wyzwania. Przede wszystkim muszą opracować metody identyfikacji typów neuronów obecnych w regionach, w których zachodzi blokowanie rozpraszającej informacji. Następnym krokiem będzie określenie sieci, w jakie łączą się te neurony. Ponadto muszą odkryć funkcje tych sieci, zbadać konsekwencje zaburzenia ich pracy, a także możliwości ich zmiany. To z kolei ułatwiłoby optymalizowanie zdolności koncentracji. Z niecierpliwością czekamy na efekty badań!