Wenn Mäuse lernen zu tun, eine neue Aufgabe, Ihre Gehirnaktivitäten im Laufe der Zeit ändern, wie Sie vorher von ‚Anfänger‘ bis ‚ – Experte.‘ Die änderungen in der Verdrahtung von Zelle schaltungen und Aktivitäten der Neuronen.
Mithilfe einer zwei-Photonen-imaging-Mikroskop und eine fülle von genetischen Werkzeugen, die Forscher vom Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL), Columbia University, University College London, und Flatiron Institut gefunden, dass neuronale Netzwerke sich mehr als die Mäuse noch besser an die Durchführung einer Aufgabe ausgebildet. Sie verwendet die Daten, um zu konstruieren rechnerische Modelle, die informieren können, die Ihr Verständnis der Neurowissenschaften hinter Entscheidungsfindung.
„Wir nahmen die Aktivität von Hunderten von Neuronen, die alle zur gleichen Zeit, und studierte, was die Neuronen haben über lernen,“ sagt CSHL Associate Professor Anne Churchland. „Niemand wusste wirklich, wie Tiere oder Menschen lernen die Struktur einer Aufgabe und wie sich die neuronale Aktivität unterstützt.“
Das team, einschließlich Farzaneh Najafi, der erste Autor auf der Studie und ein postdoctoral fellow in Churchland Labor, angefangen von der Ausbildung Mäusen über die Wahrnehmungs-Entscheidungs-Aufgaben. Die Mäuse erhielten die multisensorische Reize in der form einer Sequenz von Klicks und blinkt, die vorgestellt wurden, zusammen. Ihre Aufgabe war es, sagen die Forscher, ob diejenigen, die passiert sind in einer hohen oder niedrigen rate von lecken eine von drei Wasserhosen vor Ihnen.
Sie leckte die Mitte Auslauf zu starten den Versuch, eine Seite zu melden, eine high-rate Entscheidung und die andere Seite für einen low-rate Entscheidung. Wenn die Mäuse die richtige Entscheidung, Sie eine Belohnung erhalten.
„Die meisten Entscheidungs-Studien konzentriert sich auf die Zeit, wo die Tiere sind wirklich Experten. Aber wir waren in der Lage, um zu sehen, wie Sie ankommen, der Zustand durch die Messung der Nervenzellen in Ihrem Gehirn den ganzen Weg durch das lernen,“ sagte Churchland, der senior-Autor auf der Studie. „Wir haben festgestellt, dass bei allen Tieren, deren lernen geschieht schrittweise über etwa vier Wochen. Und wir fanden, dass das, was unterstützt das lernen ist Aktivität, die Veränderungen in einem ganzen Bündel von Nervenzellen.“
Die Neuronen, die das team entdeckte, wurde selektiv in Reaktion auf eine Aktivität, die im Zusammenhang mit einer bestimmten Aufgabe. Die auch begann zu reagieren und schneller sofort.
„Sie reagieren sehr stark im Vorfeld der Wahl und viel weniger so im Voraus von der anderen Wahl“, sagte Churchland.
Wenn die Tiere nur am Anfang zu lernen, die Neuronen nicht reagieren, bis um die Zeit, es macht die Wahl. Aber das Tier gewinnt know-how, die Neuronen reagieren sehr viel weiter im Voraus.
„Wir können die Art von Lesen, die Tier-Geist in einer Weise, können wir voraussagen, was das Tier tun würde, bevor er es tut,“ sagte Churchland. „Wenn du bist ein Anfänger, auf etwas, was Ihr Gehirn macht, alle möglichen Dinge, so haben Sie Neuronen, die engagiert in allen anderen Dingen. Aber dann, wenn Sie ein Experte sind, werden Sie präzisieren, was genau du gehst zu tun, und wir können Sie abholen, dass Aktivität.“
Die Forscher entschlüsselten die neuronale Aktivität durch die Ausbildung einer kleinen künstlichen Netzwerk namens ‚Lineare Support-Vector-Machine‘ mit machine-learning-algorithmen. Es sammelt performance-Daten von mehreren Studien und verbindet Sie mit der Aktivität aller Neuronen, Wiegen Sie Sie, um eine Vermutung über das, was das Tier tun. So bekommt das Tier besser an die Aufgabe, seine neuronalen Netzen Holen Sie mehr verfeinert, präzise und spezifisch. Die Forscher sind in der Lage, Spiegel, die auf das künstliche Netzwerk, die können dann Vorhersagen, das Tier in die Entscheidung mit über 90 Prozent Genauigkeit.
Die Lern-Modelle bieten auch eine andere Sichtweise auf bestimmte Typen von Nervenzellen im Gehirn beteiligt, in der Erkenntnis, wie erregende und hemmende Neuronen, die trigger-positive und negative Veränderungen, beziehungsweise. In dieser Studie, veröffentlicht in Neuron Cell Press, das team festgestellt, dass die hemmenden Neuronen sind Teil der sehr selektive sub-Netzwerke im Gehirn, und Sie sind dringend für die selektive Auswahl, die das Tier zu machen.
Diese Neuronen sind Teil eines biophysikalischen Modells, das hilft den Forschern zu verstehen, wie Entscheidungsfindung funktioniert. Als Forscher verfeinern diese Modelle, Sie sind in der Lage, mehr Einblick wie Wahrnehmung, Verhalten informiert.