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Lo studio del MIT mostra come il cervello è collegato per i movimenti reattivi e riflessivi

Nel guidare la vostra bici alla memoria potreste avere due ragioni molto differenti di dirigere: vecchio riflesso normale quando qualcosa dardo nel vostro percorso, o controllo esecutivo quando vedete i segnali stradali che indicano l'itinerario corretto.

Un nuovo studio dalle manifestazioni dei neuroscenziati del MIT come il cervello è collegato per entrambi tenendo la carreggiata i circuiti specifici in questione ed il loro effetto sugli atti visivamente inseriti.

La ricerca, pubblicata nelle comunicazioni della natura, dimostra in mouse che i neuroni nell'area anteriore (ACC) della corteccia prefrontale, una regione della corteccia del cingulate alla parte anteriore del cervello connesso con le norme di comprensione e che applica le pianificazioni, connessioni dei progetti in una regione evolutionarily più vecchia hanno chiamato il collicolo superiore (SC).

Lo Sc effettua i comandi di base reattivi, individuazione chiave riflessiva dello studio è che lo scopo delle connessioni del CRNA allo Sc è di ignorare lo Sc quando il controllo esecutivo è necessario.

Il CRNA fornisce il controllo inibitorio di questa struttura antica. Questo controllo inibitorio è un'entità dinamica secondo il compito e le sue norme. Ciò è come un riflesso è modulato tramite controllo corticale.„

Mriganka Sur, studia l'autore senior, il professor di Newton della neuroscienza, del dipartimento del cervello e delle scienze cognitive al MIT, dell'istituto di Picower per l'apprendimento e della memoria

Autore principale Rafiq Huda, un assistente universitario di biologia cellulare e di neuroscienza alla Rutgers University e ad un precedente postdoc nel laboratorio di Sur, aggiunto che esaminando i circuiti specifici fra il CRNA e sia lo Sc che la corteccia visiva (VC), i ricercatori potrebbero risolvere l'incertezza circa come la corteccia regolamenta le regioni più fondamentali del cervello durante il processo decisionale.

“C'è stato un dibattito in corso circa che cosa è esattamente il ruolo della corteccia nelle decisioni sensorimotorie,„ Huda ha detto. “Potevamo fornire alcune risposte esaminando il livello di vie differenti della proiezione di CRNA, che non sarebbero state possibili esaminando tutto il CRNA immediatamente. Il nostro lavoro fornisce la prova per la possibilità che il controllo inibitorio delle strutture subcortical come lo Sc è un principio dell'unificazione per come il CRNA e la corteccia prefrontale generalmente, modula il comportamento decisionale.„

Senso e rotazione

Per fare i loro risultati, il gruppo in primo luogo ha rintracciato i circuiti che vanno in e dal CRNA sia dal VC che dallo Sc, confermante che il CRNA era in una posizione principale da integrare e nelle informazioni trattate su cui i mouse hanno veduto e su cui da fare a questo proposito. In tutto lo studio, hanno scelto di mettere a fuoco su queste strutture sul lato sinistro del cervello.

Dopo il rintracciamento questo parte di sinistra ACC-SC ed i circuiti di ACC-VC, il gruppo poi hanno preparato i mouse per giocare un video gioco che ha richiesto sia la sensazione (che vedono un'indicazione su un lato dello schermo o sull'altro) che l'atto (che fila una sfera rotante per muovere l'indicazione).

Un gruppo di mouse ha dovuto avanzare l'indicazione verso l'interno verso il centro dello schermo. L'altro gruppo ha dovuto avanzare l'indicazione esternamente verso la barriera dello schermo. In questo modo, le indicazioni potrebbero essere da qualsiasi lato visivamente ed i gruppi differenti di mouse hanno dovuto muoverli secondo le norme differenti.

Mentre i mouse hanno funzionato, gli scienziati hanno osservato l'attività dei neuroni nelle varie regioni per imparare come hanno risposto durante l'ogni compito. Poi i ricercatori hanno manipolato l'attività facendo uso del optogenetics, una tecnica dei neuroni in cui le celle geneticamente sono costruite per diventare controllabili dai flash di indicatore luminoso.

Queste manipolazioni hanno permesso che gli scienziati vedessero come l'attività neurale d'inibizione in seno e tra le regioni avrebbe cambiato il comportamento.

Nelle circostanze naturali, lo Sc riflessivo dirigerebbe il movimento della testa del mouse, per esempio girando verso uno stimolo per concentrarselo in vista. Ma gli scienziati hanno dovuto tenere la testa ancora per fare le loro osservazioni, in modo da hanno inventato un modo affinchè i mouse dirigessero lo stimolo sullo schermo con le loro zampe su una sfera rotante. Nel documento, indicano che questi due atti sono equivalenti affinchè i mouse muovano un'indicazione all'interno del loro campo visivo.

Optogenetically che inattiva i circuiti fra il CRNA e VC dalla parte di sinistra del cervello ha provato che la connessione di ACC-VC era essenziale affinchè i mouse elaborasse le indicazioni sul lato destro del loro campo visivo. Ciò era ugualmente vera per entrambi i gruppi, indipendentemente cui dal modo sono state supposte per muovere un'indicazione quando lo hanno veduto.

Le manipolazioni che comprendono lo Sc hanno dimostrato particolarmente l'intrigo.

Nel gruppo di mouse che hanno veduto uno stimolo a destra e sono stati supposti per muovere l'indicazione verso l'interno verso il mezzo dello schermo, quando gli scienziati hanno inattivato i neuroni all'interno dello Sc sinistro, hanno trovato che i mouse hanno lottato confrontato ai mouse unmanipulated. Cioè in condizioni normali, lo Sc sinistro ha contribuito ad entrare uno stimolo dalla destra nel mezzo del campo visivo.

Quando gli scienziati invece hanno inattivato l'input dal CRNA allo Sc, i mouse hanno fatto correttamente più spesso il compito di quanto i mouse unmanipulated. Quando gli stessi mouse hanno veduto uno stimolo a sinistra ed hanno dovuto muoverlo verso l'interno, hanno fatto più spesso il torto di compito.

Il processo degli input di CRNA, è sembrato, era di ignorare l'inclinazione dello Sc. Quando quella provvigione supplementare è stata resa non valida, la preferenza dello Sc per entrare un'indicazione destra nel mezzo è stata deselezionata. Ma la capacità del mouse di muovere uno stimolo a mano sinistra verso il mezzo è stata insidiata.

“Quei risultati indicano che lo Sc e la via di ACC-SC facilitano di fronte agli atti,„ gli autori hanno scritto. “Questi risultati egualmente suggeriscono d'importanza che la via di ACC-SC agisca in tal modo modulando la tendenziosità di risposta innata dello Sc„

Gli scienziati egualmente hanno verificato l'effetto di inattivazione di ACC-SC nel secondo gruppo di mouse, di cui il processo era di muovere l'indicazione esternamente. Là hanno veduto che l'inattivazione ha aumentato le risposte sbagliate sulle giuste prove di indicazione.

Questo risultato ha significato nel contesto delle norme che ignorano il riflesso. Se il riflesso ingrained nello Sc del sinistro-cervello è di introdurre un'indicazione destra nel mezzo del campo visivo (girando la destra capa), quindi soltanto una provvigione supplementare di funzionamento di ACC-SC potrebbe costringerla per muovere con successo l'indicazione più ulteriormente verso la destra e quindi più ulteriormente verso la periferia del campo visivo, quando la norma di compito lo ha richiesto.

Sur ha detto che i risultati accentuano l'importanza della corteccia prefrontale (in questo caso, specificamente il CRNA) nella dotazione dei mammiferi con l'intelligenza seguire le norme piuttosto che i riflessi una volta avuti bisogno di. Egualmente suggerisce che i deficit o la lesione inerenti allo sviluppo nel CRNA potrebbero contribuire ai disordini psichiatrici.

“Capendo il ruolo della corteccia prefrontale, o persino un segmento, è determinante per la comprensione come il controllo esecutivo può essere sviluppato, o può non riuscire a svilupparsi, nelle circostanze di disfunzione,„ Sur ha detto.

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.