Magyar kutatók: mi történik az agyunkban, amikor tanulunk?

Hogyan képes az agyunk adaptálódni és újratervezni a megfelelő viselkedést, amikor egy ismerős környezetben valami váratlanul megváltozik?

Fotó: Lia Koltyrina Forrás: Shutterstock

A vizsgálatban a kutatók olyan transzgén egereket használtak, amelyekben a célsejtek aktivitása fényjel formájában vált láthatóvá, így kétfotonmikroszkóppal pontosan követhető volt a működésük.

Az egereknek vetített virtuális folyosókon futva kellett megtanulniuk, milyen színű és mintázatú környezetben számíthatnak jutalomra. A kísérletben két, eltérő falú folyosótípust használtak, és csak az egyikben járt a jutalomcsepp az egérnek, ha jó helyen kereste.

A kísérletek végrehajtásának több módszertani feltétele is volt. Az egyik a stabil, jó minőségű képalkotást hosszú ideig (akár több héten-hónapon keresztül) is lehetővé tévő technikai részletek kidolgozása, a másik a virtuális környezetben végzett feladat optimalizációja. Be kellett állítani a vetített folyosó hosszát, meghatározni a naponta felvett kísérletek számát annak érdekében, hogy az állatok motiváltan és az eredmények statisztikai analíziséhez is elégszer csinálják végig a feladatot, valamint kidolgozni az elemzési módszereket. Nyilas Rita:

Az általunk használt diszkriminációs feladat megtanulása során először a folyosók térbeli kódolása alakul ki a hippokampuszban. A viselkedésben tükröződő tanulással párhuzamosan azonban az általánosabb térbeli reprezentáció fokozatosan egy folyosóspecifikus, diszkrimináló idegi aktivitásmintázattal egészült ki. Meglepő módon a szelektív aktivitást mutató sejtek a nem jutalmazott folyosóban is megjelentek, vagyis absztrakt, kontextusfüggő kód alakult ki a hippokampuszban.

Az egyik folyosó színének és mintázatának váratlan cseréjekor, azaz a már megtanult feladat hirtelen megváltoztatásakor, az egerek gyors teljesítményromlásával összhangban az idegi kód is gyorsan átrendeződött, de nemcsak az új, hanem a változatlanul hagyott folyosó hippokampális reprezentációjában is. Ez a feladat hierarchikus idegi leképezésére utal, amire az jellemző, hogy a szabály áll a legfelső szinten, azután a folyosó, majd a pozíció. A szabály megváltozásával változik a másik két kód is, amelyek együttesen vannak jelen a sejtek aktivitásában.

Egy másik kísérletben a kutatók nem a már megtanult feladathoz használt folyosópár típusán változtattak, hanem a jutalmat helyezték át váratlanul és jelzetlenül az egyik folyosóból a másikba. Ezt a kontextusváltást az egerek lassabban vették észre, így a reprezentációs változás is időben elnyújtottabban jelentkezett. Ebben az esetben is a viselkedési változásnak megfelelően változott a hippokampális idegsejtek aktivitásmintázata.

A viselkedés és a hippokampális idegi aktivitás közötti összefüggést jól mutatta, hogy a jutalomáthelyezést követően, amikor az egerek hiába próbáltak a csere előtt jutalmazott folyosóban vizet találni, az idegsejtek aktivitásmintázata jobban hasonlított a csere előtti reprezentációhoz, mint a helyes, megváltozott stratégiájú keresések alatt – magyarázták a kutatók.

Az eredmények azt mutatják, hogy a hippokampusz fontos szereplője nemcsak a tanulási, hanem a kognitív flexibilitásért felelős folyamatoknak is. Ezen folyamatok további vizsgálata elvezethet a számos pszichiátriai betegségben és az öregedés során megfigyelhető kognitív hanyatláshoz vezető mechanizmusok jobb megértéséhez.