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L'étude de MIT montre comment le cerveau est câblé pour les mouvements réactifs et réfléchis

En conduisant votre vélo à la mémoire vous pourriez avoir deux raisons très différentes de guider : vieux réflexe ordinaire quand quelque chose dard dans votre circuit, ou contrôle exécutif quand vous voyez les plaques de rue qui indiquent la route correcte.

Une étude neuve par des expositions de neurologistes de MIT comment le cerveau est câblé pour les deux en suivant les circuits spécifiques impliqués et leur effet sur des actions visuellement mises en alerte.

La recherche, publiée dans des transmissions de nature, explique chez les souris que des neurones dans l'endroit antérieur de cortex (ACC) de cingulate du cortex préfrontal, une région au front du cerveau lié aux règles de compréhension et mettant en application les régimes, liens de projets dans une région evolutionarily plus ancienne appelée le colliculus supérieur (SC).

Le Sc effectue les commandes fondamentales réactives, recherche de clés réfléchie de l'étude est que le but des liens du CRNA au Sc est de dépasser le Sc quand le contrôle exécutif est nécessaire.

Le CRNA fournit le contrôle inhibiteur de cette structure antique. Ce contrôle inhibiteur est une entité dynamique selon la tâche et ses règles. C'est comment un réflexe est modulé par contrôle cortical. »

Mriganka Sur, auteur supérieur d'étude, professeur de Newton de la neurologie, du service du cerveau et des sciences cognitives au MIT, de l'institut de Picower pour apprendre et de la mémoire

Auteur important Rafiq Huda, un professeur adjoint de biologie cellulaire et de neurologie à l'université de Rutgers et à un postdoc ancien dans le laboratoire de Sur, ajouté qu'en regardant les circuits spécifiques entre le CRNA et le Sc et le cortex visuel (VC), les chercheurs pourraient résoudre une incertitude au sujet de la façon dont le cortex règle des régions du cerveau plus fondamentales pendant la prise de décision.

« Il y a eu une discussion actuelle au sujet ce qui est exact le rôle du cortex dans des décisions Sensorimotrices, » de Huda a dit. « Nous pouvions apporter quelques réponses en regardant le niveau des différentes voies de projection de CRNA, qui n'auraient pas été possibles en regardant tout le CRNA immédiatement. Notre travail fournit la preuve pour la possibilité que le contrôle inhibiteur des structures sous-corticales comme le Sc est un principe d'unification pour la façon dont le CRNA, et le cortex préfrontal généralement, module le comportement de prise de décision. »

Sens et rotation

Pour effectuer leurs découvertes, l'équipe a tracé la première fois des circuits allant dans et hors du CRNA du VC et du Sc, confirmant que le CRNA était en position principale à intégrer et informations sur le processus au sujet de ce que les souris ont vu et de ce qui à faire à son sujet. Dans toute l'étude, elles ont choisi de se concentrer sur ces structures du côté gauche du cerveau.

Après la découverte ces le côté gauche ACC-SC et les circuits d'ACC-VC, l'équipe ont alors formé des souris pour jouer un jeu vidéo qui a exigé la sensation (voyant un caractère indicateur sur un côté de l'écran ou l'autre) et l'action (tournant une boule roulante pour déménager le caractère indicateur).

Un groupe de souris a dû déménager le caractère indicateur vers l'intérieur vers le centre de l'écran. L'autre groupe a dû déménager le caractère indicateur vers l'extérieur vers l'arête de l'écran. De cette façon, les caractères indicateurs pourraient être de chaque côté visuellement et les différents groupes de souris ont dû les déménager selon différentes règles.

Pendant que les souris fonctionnaient, les scientifiques ont observé l'activité des neurones dans les régions variées pour apprendre comment ils ont répondu pendant chaque tâche. Alors les chercheurs ont manipulé l'activité des neurones utilisant l'optogenetics, une technique dans laquelle des cellules sont génétiquement conçues pour devenir contrôlables par des bavures de la lumière.

Ces manipulations ont permis aux scientifiques de voir comment l'activité neurale inhibante à l'intérieur et entre les régions changerait le comportement.

Dans des conditions naturelles, le Sc dirigerait réfléchi le mouvement de la tête de la souris, par exemple pivotant vers un stimulus pour le centrer en vue. Mais les scientifiques ont dû maintenir la tête pour effectuer toujours leurs observations, ainsi ils ont trouvé un moyen pour que les souris guident le stimulus sur l'écran avec leurs pattes sur une boule roulante. Dans le papier, ils prouvent que ces deux actions sont équivalentes pour que les souris déménagent un caractère indicateur dans leur champ de vision.

Optogenetically inactivant les circuits entre le CRNA et VC du côté gauche du cerveau prouvé que le lien d'ACC-VC était essentiel pour que les souris traitent des caractères indicateurs du côté droit de leur champ de vision. Cela valait également pour les deux groupes, indépendamment lesquels de la voie ils ont été censés déménager un caractère indicateur quand ils l'ont vue.

Les manipulations comportant les intrigues prouvées de Sc particulièrement.

Dans le groupe de souris qui ont vu un stimulus du côté droit et ont été censées déménager le caractère indicateur vers l'intérieur au milieu de l'écran, quand les scientifiques ont inactivé des neurones dans le Sc gauche, ils ont constaté que les souris ont lutté comparé aux souris unmanipulated. En d'autres termes, dans des conditions normales, le Sc gauche a aidé à entrer un stimulus du côté droit dans le milieu du champ de vision.

Quand les scientifiques ont au lieu inactivé l'entrée du CRNA au Sc, les souris ont fait la tâche correctement plus souvent que les souris unmanipulated. Quand les mêmes souris ont vu un stimulus du côté gauche et ont dû le déménager vers l'intérieur, elles ont fait le mal de tâche plus souvent.

La fonction des entrées de CRNA, il a semblé, était dépasser l'inclinaison du Sc. Quand cette priorité était handicapée, la préférence du Sc pour entrer un caractère indicateur droit dans le milieu était non réprimée. Mais la capacité de la souris de déménager un stimulus gauche au milieu a été minée.

« Ces résultats proposent que le Sc et la voie d'ACC-SC facilitent en face des actions, » les auteurs ont écrit. « D'une manière primordiale ces découvertes proposent également que la voie d'ACC-SC fasse ainsi en modulant la polarisation de réaction innée du Sc »

Les scientifiques ont également vérifié l'effet de l'inactivation d'ACC-SC dans le deuxième groupe de souris, dont la fonction était de déménager le caractère indicateur vers l'extérieur. Là ils ont vu que l'inactivation a augmenté des réactions incorrectes sur de bons essais de caractère indicateur.

Ce résultat semble raisonnable dans le cadre des règles dépassant le réflexe. Si le réflexe ingrained dans le Sc de gauche-cerveau est d'introduire un caractère indicateur droit dans le milieu du champ de vision (en pivotant la droite principale), alors seulement une priorité de fonctionnement d'ACC-SC pourrait l'obliger pour déménager avec succès le caractère indicateur davantage vers la droite, et pour cette raison davantage à la périphérie du champ de vision, quand la règle de tâche l'a exigé.

Sur a dit que les découvertes accentuent l'importance du cortex préfrontal (dans ce cas, particulièrement le CRNA) en dotant des mammifères avec le renseignement de suivre des règles plutôt que des réflexes une fois eues besoin. Il propose également que les déficits de développement ou les blessures au CRNA pourraient contribuer aux troubles psychiatriques.

« Comprenant le rôle du cortex préfrontal, ou même un segment, est essentiel à comprendre comment le contrôle exécutif peut être développé, ou peut pour se développer, dans des conditions de dysfonctionnement, » Sur a dit.

Source:
Journal reference:

Huda, R., et al. (2020) Distinct prefrontal top-down circuits differentially modulate sensorimotor behavior. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-020-19772-z.