מחקר ציוני דרך שפורסם על ידי מדענים מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו מגדיר מחדש את ההבנה של המדע את הדרך בה מתרחש למידה. הממצאים, שפורסמו בכתב העת טֶבַע ונתמך על ידי המוסדות הלאומיים לבריאות וקרן המדע הלאומי האמריקני, מספקים תובנות חדשות לגבי אופן שינוי חיווט המוח בתקופות למידה, ומציעות דרך לטיפולים וטכנולוגיות חדשות המסייעות להפרעות נוירולוגיות.
במשך שנים רבות, מדעני המוח בידדו את קליפת המוח העיקרית של המוח (M1), אזור באזור האונה הקדמית, כמרכז לשליחת אותות הקשורים לתנועות מורכבות במהלך פרקי למידה. לאחרונה, התלמוס המנוע, הממוקם במרכז המוח, היה מעורב כאזור המשפיע על M1 במהלך פונקציות למידה מוטורית.
אבל אפילו עם התקדמות כזו, עדויות היו חסרות אֵיך תהליך למידה זה נפרש, בעיקר בגלל האופי המורכב של מעקב אחר האינטראקציות של תאים באזורי המוח.
צוות מחקר בראשות המעבדה של פרופסור טקאקי קומיאמה השתמש בטכניקות מחקר נוירוביולוגיות עוצמתיות כדי לתאר לראשונה מנגנונים אלה בעכברים. החוקרים זיהו את מסלול ההדמיה היי-טק ושיטת ניתוח נתונים חדשה, זיהו את המסלול התלמוקורטיקלי, גשר תקשורת בין התלמוס לקליפת המוח, כאזור המפתח ששונה במהלך הלמידה.
מעבר לזהות המסלול העיקרי, החוקרים מצאו כי קשרים בין אזורים משתנים פיזית במהלך הלמידה. למידה מוטורית עושה הרבה יותר מאשר להתאים את רמות הפעילות, הוא מפסל את החיווט של המעגל, ושכלל את השיחה בין תלמוס לקליפת המוח ברמה התאית.
הממצאים שלנו מראים שלמידה חורגת משינויים מקומיים – היא מעצבת מחדש את התקשורת בין אזורי המוח, מה שהופך אותה למהירה יותר, חזקה ומדויקת יותר. הלמידה לא רק משתנה מַה המוח כן – זה משתנה אֵיך המוח מחובר לעשות זאת. "
Assaf Ramot, המחבר הראשי של המחקר ומלומד הפוסט -דוקטורט במעבדת קומיאמה
המחקר, שבמהלכו עכברים למדו תנועות ספציפיות, חשף כי הלמידה גורמת לארגון מחדש ממוקד של האינטראקציה של תלמוס וקליפת המוח. בתקופות של למידה נמצא כי התלמוס מפעיל נוירונים M1 כדי לקודד את התנועה המלומדת ולהפסיק את הפעלת הנוירונים שאינם מעורבים בתנועה שנלמדת.
"במהלך הלמידה, שינויים מקבילים ומדויקים אלה נוצרים על ידי התלמוס המפעיל תת -קבוצה ספציפית של נוירונים M1, המפעילים אז נוירונים M1 אחרים ליצירת דפוס פעילות מלומד", אמר קומיאמה, פרופסור במחלקות של נוירוביולוגיה (בית הספר למדעי הביולוגיה) ומדעי המוח (בית הספר לרפואה), עם מינויים של מדעי המחקר) (Scile Sciencitations) (Scile Sciencitations) (Sciencitations) (Sciencitations) (Scile Sciencitations). ומכון Kavli למוח ולנפש.
כדי להביא את הפעילות של נוירונים ספציפיים למיקוד – תובנה מרכזית של המחקר – החוקרים פיתחו שיטה אנליטית חדשה בשם משותפת (גילוי ייצוג משותף) עם עוזר הנוירוביולוגיה פרופסור מרקוס בנה והסטודנט לתואר שני פליקס טשבאך, לומדים את Coauthors.
על פי טשבאך, שהוביל את התפתחות הליך ניתוח הנתונים, זיהוי התנהגויות המקודדות בדרך כלל בקרב נבדקים שונים מהווה אתגר משמעותי מכיוון שהתנהגויות וייצוגיהם העצביים יכולים להשתנות באופן מהותי בין בעלי החיים. כדי לטפל בנושא זה, החוקרים פיתחו משותפים, שמזהה ייצוג התנהגותי משותף יחיד שמתאם עם פעילות עצבית בקרב נבדקים שונים, ומאפשר להם למפות תכונות התנהגותיות עדינות לפעילותם של נוירונים שונים בכל חיה.
שיטות קיימות בדרך כלל אוכפות יישור מלאכותי כדי להפחית את השונות האישית – בדומה לדרוש מכולם ללכת בדיוק באותו מסלול ליעד. לעומת זאת, פונקציות משותפות יותר כמו לזהות אילו ציוני דרך עוזרים בעקביות למטיילים לנווט, ללא קשר לבחירות המסלול הספציפיות שלהם. השיטה המשותפת הייתה קריטית לממצאי המחקר.
"שיטה חדשה זו מאפשרת לנו לשלב נתונים מניסויים מרובים כדי להתגלות תגליות מפורטות שלא היו אפשריות רק באמצעות המספר המצומצם של נוירונים רלוונטיים שנרשמו במוח אינדיבידואלי", אמר בנה, מדעני המוח החישוביים והמחבר התואם של מחקר זה.
המחקר החדש הוא השני שהובל לאחרונה על ידי מעבדת קומיאמה שמאיר את האופן בו מוחנו לומד. באפריל פרסמו ויליאם רייט, נתן הדריק וקומיאמה מחקר ב מַדָע זה מתאר את כללים המרובים שנוירונים עוקבים במהלך פרקי למידה, עם סינפסות באזורים שונים בעקבות כללים שונים.
עם טֶבַע ממצאי המחקר, החוקרים עוד יותר את ההבנה של המדע בתהליך הלמידה עם מודל מקיף חדש כיצד מופיעים המעגלים העצביים העומדים בבסיס התנועות המלומדות במהלך הלמידה. המידע החדש מציע גם תקווה לאלה הסובלים מהפרעות נוירולוגיות.
"המחקר מראה שלמידה אינה רק חזרה," אמר רמו. "זה קשור למוח שלך ממש חיווט מחדש בצורה ממוקדת. בין אם אתה לומד מיומנות חדשה, התאוששות משבץ מוחי או שימוש בנוירופרוסטטי, הבנת האופן בו אזורי המוח מארגנים מחדש את התקשורת שלהם עוזרת לנו לתכנן טיפולים וטכנולוגיות טובות יותר שעובדות עִם מנגנוני הלמידה הטבעיים של המוח. "
העיתון מוקדש לזכרו של וו, עוזר מדען פרויקט במעבדה של קומיאמה שמתה באופן טרגי באש בניין מונטריאול של 2023. היא נזכרת כמדעי המוח המבריקים שהעלו את חייהם הרבים בה נגעו.
