Нейробиологи из Университета Карнеги-Меллона определили новый путь, с помощью которого несколько областей мозга взаимодействуют в полосатом теле.
Результаты, опубликованные в Journal of Neuroscience, иллюстрируют структурные и функциональные связи, которые позволяют мозгу использовать обучение с подкреплением для принятия пространственных решений, таких как дорсолатеральная префронтальная (DLPFC), орбитофронтальная кора (OFC) и задняя теменная кора (PPC). Связь между этими областями важна для таких способностей, как то, как бейсболист может оценить, где размахивать битой или как человек находит машину на большой стоянке, заполненной похожими машинами.
Знание того, как эти конкретные пути работают вместе, дает решающее представление о том, как происходит обучение. Это также может привести к улучшению лечения болезни Паркинсона.
«Точно понимая, как эти системы взаимодействуют друг с другом, мы можем лучше понять, как эти системы работают в здоровом мозге, но также начать понимать, как при болезни Паркинсона различные типы систем« каскадируются »или начинают с одного симптома. например, двигательная дисфункция, и переход к другому, например, проблемы с памятью или принятием решений “, – сказал Тимоти Верстинен, доцент кафедры психологии и преподаватель Центра нейронных основ познания (CNBC) Гуманитарного и социальных наук Дитрихского колледжа КМУ.
Есть надежда, что больше знаний о том, как связь связана с поведением, поможет ученым разработать терапевтические вмешательства, направленные на укрепление потенциально ослабленных или поврежденных проводящих путей.
Для исследования Верстинен и Кевин Джарбо, доктор философии.D. студент-психолог, использовал визуализацию диффузного спектра и волоконную технологию для анализа изображений мозга, полученных от 60 здоровых взрослых. Передовые методы визуализации позволили Верстинену и Джарбо визуализировать пути белого вещества с помощью DLPFC, OFC и PPC.
Они обнаружили, что проводящие пути из всех трех областей проецируются в аналогичные области в области переднего мозга, называемой полосатым телом, частью проводящих путей базальных ганглиев, которые чаще всего связаны с болезнью Паркинсона. Шаблоны были одинаковыми для всех участников.
Исследователи выполнили анализ структурной связности с анализом функциональной связности с использованием изображений фМРТ в состоянии покоя. Результаты показали, что зоны конвергенции связаны не только структурно, но и функционально. Что еще более важно, области на поверхности мозга во всех трех областях коры показали высокое перекрытие структуры и функциональной связи.
«Наши результаты показывают, что в мозгу может существовать структурная и функциональная сеть, которая позволяет нам интегрировать информацию о том, где мы фокусируем наше внимание в нашей зрительно-пространственной среде, с сигналами вознаграждения и наказания, связанными с нашим прошлым выбором действий, чтобы научиться обновить и, надеюсь, улучшить наши будущие решения о действиях “, – сказал Джарбо.
Дополнительным выводом для этого исследования является более глубокое понимание того, как происходит обучение с подкреплением.
“Многие модели процесса обучения с подкреплением предполагают, что сигналы вознаграждения от орбитофронтальной коры совпадают с информацией из других областей. Было показано, что это справедливо и для других областей префронтальной коры. Мы первыми показали, что пространственная информация о внимании от теменной коры также может способствовать этому процессу », – сказал Верстинен.
Карнеги-Меллон, родина искусственного интеллекта и когнитивной психологии, уже более 50 лет является лидером в изучении мозга и поведения. Университет создал одних из первых наставников по когнитивным технологиям, помог разработать победившего в Jeopardy Watson, основал новаторскую докторскую программу по нейронным вычислениям и завершил передовую работу по пониманию генетики аутизма. Опираясь на свои сильные стороны в области биологии, информатики, психологии, статистики и инженерии, CMU недавно запустил BrainHubSM, глобальную инициативу, которая фокусируется на том, как структура и активность мозга приводят к сложному поведению.