(Medical Xpress) – Исследователи из Пенсильванского университета сделали еще один шаг вперед в понимании того, как мозг обнаруживает ошибки, вызванные неожиданными сенсорными событиями. Этот тип обнаружения ошибок позволяет мозгу учиться на своих ошибках, что имеет решающее значение для улучшения контроля над мелкой моторикой.
В их предыдущей работе объяснялось, как мозг может отличить истинные сигналы ошибки от шума; их новые результаты показывают, как он может отличить ошибки разной величины. Например, для тонкой настройки теннисной подачи требуется, чтобы мозг различал, нужно ли ему делать небольшую коррекцию, если мяч едва не попадает в цель, или гораздо большую коррекцию, если он далеко.
Исследованием руководили Хавьер Медина, доцент кафедры психологии Школы искусств и наук Пенсильвании, и Фарзане Наджафи, тогда аспирант кафедры биологии. Они сотрудничали с докторантом Андреа Джованнуччи и доцентом Сэмюэлем С. ЧАС. Ван из Принстонского университета.
Он был опубликован в журнале eLife.
Наши движения контролируются нейронами, известными как клетки Пуркинье. Каждая мышца получает инструкции от специального набора из сотен этих клеток мозга. Инструкции, посылаемые каждым набором клеток Пуркинье, постоянно настраиваются лазящими волокнами, специализированной группой нейронов, которые предупреждают клетки Пуркинье всякий раз, когда возникает неожиданный стимул.
«Неожиданный стимул часто является признаком того, что что-то пошло не так, – сказал Медина, – когда это происходит, лазящие волокна посылают сигналы связанным с ними клеткам Пуркинье, что произошла ошибка. Эти клетки Пуркинье могут затем вносить изменения, чтобы избежать ошибки в будущем.”
Однако эти сигналы об ошибках смешиваются со случайными срабатываниями лазящих волокон, и исследователи долгое время были озадачены тем, как мозг определяет разницу между этим шумом и полезной информацией, связанной с ошибками, которая ему необходима для улучшения контроля над моторикой.
Медина и его команда показали механизм этой дифференциации в исследовании, опубликованном ранее в этом году. Используя метод неинвазивной микроскопии, который может контролировать клетки Пуркинье бодрствующих и активных мышей, исследователи смогли измерить уровень кальция в этих клетках, когда они получили сигналы от лазящих волокон.
Неожиданными стимулами в этом эксперименте были случайные дуновения воздуха в лицо, из-за которых мыши моргали. Исследователи обнаружили клетки Пуркинье, которые контролируют веки мышей, и обнаружили, что уровни кальция, необходимые для нейропластичности, i.е., способность мозга к обучению была выше, когда мыши получали сигнал ошибки, вызванный струей воздуха, чем после случайного сигнала.
Хотя способность проводить такое различие имеет решающее значение для способности мозга улучшать моторный контроль, требуется больше информации для его точной настройки.
«Мы хотели увидеть, могут ли клетки Пуркинье различать не только случайные срабатывания и сигналы истинных ошибок, но и различия между меньшими и большими ошибками», – сказал Медина.
В своем новом исследовании исследователи использовали ту же экспериментальную установку с одним ключевым отличием. Они использовали порывы воздуха разной продолжительности: 15 миллисекунд и 30 миллисекунд.
Они обнаружили, что клетки Пуркинье, связанные с веками, наполнялись различным количеством кальция в зависимости от продолжительности затяжки; более длинные вызывали большие всплески уровня кальция.
Кроме того, исследователи увидели, что разный процент клеток Пуркинье, связанных с веками, реагирует в зависимости от продолжительности затяжки.
«Хотя существует большая популяция лазящих волокон, которые могут передавать информацию об ошибках соответствующим клеткам Пуркинье, когда они сталкиваются с чем-то неожиданным, не все из них срабатывают каждый раз», – сказала Медина. “Мы увидели, что есть информация, закодированная в количестве лазящих волокон, которые срабатывают. Более длинные затяжки соответствовали большему количеству лазящих волокон, посылающих сигналы своим клеткам Пуркинье.”
Их исследование может помочь объяснить, как практика приводит к совершенству, даже когда ошибки незаметно малы.
«Если вы почувствовали короткую затяжку и длинную затяжку, возможно, вы не сможете сказать, какая из них была какой, но клетки Пуркинье могут определить разницу», – сказала Медина. «Разница между« очень хорошей »и« отличной »теннисной подачей заключается в способности различать даже такие крошечные ошибки.”