bir fare sanal gerçeklik koridoruna gömülü bir koşu bandında koşmak. Zihninde kendisini, önünde belirgin bir ışık düzeni olan bir tünelden hızla aşağı inerken görür. Eğitim sayesinde, fare ışıklarda durur ve 1,5 saniye bu pozisyonda kalırsa bir ödül alacağını öğrenmiştir – küçük bir bardak su. Sonra başka bir ödül almak için başka bir ışık kümesine koşabilir.
Bu kurulum, Temmuz ayında yayınlanan araştırmanın temelidir. Hücre Raporları Massachusetts Institute of Technology’den sinirbilimciler Elie Adam, Taylor Johns ve Mriganka Sur tarafından. Basit bir soruyu araştırıyor: Farelerde, insanlarda ve diğer memelilerde beyin bizi anında durduracak kadar hızlı nasıl çalışıyor? Yeni çalışma, beynin keskin bir “dur” komutunu en doğrudan veya sezgisel şekilde iletmek için kablolu olmadığını ortaya koyuyor. Bunun yerine, hesap ilkelerine dayanan daha karmaşık bir sinyalizasyon sistemi kullanır. Bu düzenleme kulağa aşırı derecede karmaşık gelebilir, ancak beyinden gelen komutların olabileceğinden daha kesin olması gereken davranışları kontrol etmenin şaşırtıcı derecede zekice bir yolu.
Yürümenin veya koşmanın basit mekaniği üzerindeki kontrolü tarif etmek oldukça kolaydır: Beynin mezensefalik lokomotor bölgesi (MLR), omurilikteki nöronlara sinyaller gönderir, bunlar bacak kaslarını yöneten motor nöronlara inhibitör veya uyarıcı impulslar gönderir: Dur . Gitmek. Durmak. Gitmek. Her sinyal, ateşlenen nöron kümeleri tarafından üretilen bir elektriksel aktivite artışıdır.
Bununla birlikte, bir tenisçinin kortta belirli bir noktaya koşmak istemesi veya susamış bir farenin uzaktan canlandırıcı bir ödül görmesi gibi hedefler ortaya çıktığında hikaye daha karmaşık hale gelir. Biyologlar uzun zamandır hedeflerin beynin serebral korteksinde şekillendiğini anlamışlardır. Beyin bir hedefi (ödül almak için orada koşmayı bırakın) MLR’ye frene basmasını söyleyen kesin olarak zamanlanmış bir sinyale nasıl çevirir?
Johns Hopkins Üniversitesi’nden bir sinirbilimci olan Sridevi Sarma, “Duyusal motor kontrol söz konusu olduğunda, insanlar ve memeliler olağanüstü yeteneklere sahipler” dedi. “On yıllardır insanlar beynimizde bizi bu kadar çevik, hızlı ve sağlam yapan şeyin ne olduğunu araştırıyorlar.”
Hızlı ve En Kürklü
Cevabı anlamak için araştırmacılar, bir farenin beynindeki nöral aktiviteyi izlerken, hayvanın en yüksek hızdan tam durma noktasına yavaşlamasının ne kadar sürdüğünü hesapladı. Bir ampulü söndüren bir elektrik anahtarı gibi bacakların neredeyse anında durmasını tetikleyen, MLR’ye engelleyici bir sinyal dalgalanması görmeyi umuyorlardı.
Ancak verilerdeki bir tutarsızlık, bu teoriyi hızla baltaladı. Fare yavaşlarken MLR’ye akan bir “dur” sinyali gözlemlediler, ancak yoğunluk, hayvanın ne kadar hızlı durduğunu açıklayacak kadar hızlı artmıyordu.
Adam, “Dur sinyallerini alıp MLR’ye gönderirseniz, hayvan duracaktır, ancak matematik bize durmanın yeterince hızlı olmayacağını söylüyor,” dedi.
Sur, “Korteks bir anahtar sağlamıyor” dedi. “Korteksin böyle yapacağını düşündük, hızlı bir sinyalle 0’dan 1’e gitmek. Bunu yapmaz, bulmaca bu.
Böylece araştırmacılar, iş başında ek bir sinyalizasyon sistemi olması gerektiğini biliyorlardı.
Onu bulmak için fare beyninin anatomisine tekrar baktılar. Hedeflerin ortaya çıktığı korteks ile hareketi kontrol eden MLR arasında başka bir bölge, subtalamik çekirdek (STN) bulunur. STN’nin MLR’ye iki yolla bağlandığı zaten biliniyordu: Biri uyarıcı sinyaller gönderir, diğeri ise inhibe edici sinyaller gönderir. Araştırmacılar, MLR’nin, birinin gücüne güvenmek yerine iki sinyal arasındaki etkileşime yanıt verdiğini fark ettiler.
