研究显示，有些学习是全脑的事情

约翰·霍普金斯医学院的研究人员已经成功地使用激光辅助成像工具来“观察”学习伸手去抓食物颗粒的老鼠的脑细胞发生了什么。他们说，他们的实验进一步证明，这种基于运动的学习可以发生在大脑的多个区域，甚至那些通常与运动控制无关的区域。

布隆伯格杰出教授、约翰霍普金斯大学医学院所罗门h斯奈德神经科学系主任Richard Huganir博士说:“科学家应该观察整个大脑来理解特定类型的学习。”“大脑的不同部位以不同的方式促进学习，研究脑细胞受体可以帮助我们破解这一机制。”

研究人员说，这项工作可能最终为开发基于学习和神经认知障碍的治疗方法提供信息。

在12月31日发表在网上的一篇关于这项工作的报告中神经元Huganir和他的研究团队表示，他们专注于ampa型谷氨酸受体(AMPARs)，这是帮助在被称为神经元的脑细胞之间传递信息的关键分子。ampar的功能就像触角，它沿着神经元上一个被称为突触的特定点的表面形成，在那里接收来自其他神经元的分子信号。

为了监测和测量老鼠大脑中的AMPAR水平，科学家们之前必须在学习实验前后解剖老鼠大脑中的AMPAR，并比较它们之间的差异。现在，科学家们有办法在学习过程中直接观察大脑，一次记录数千个突触。

在新的实验中，科学家们将携带荧光标记的dna编码ampar注入老鼠并利用电脉冲让神经元吸收AMPAR DNA。接下来，科学家们利用一种叫做双光子显微镜的工具，使用激光——本质上是一种强烈聚焦的光束——来检测和测量标记的ampar发出的荧光量。

Huganir说，更多的荧光表明AMPAR活性和神经元之间的信息传递增加，这是学习和记忆正在这些神经元中发生的良好迹象。

为了“观察”测试动物的神经元是如何学习的，Huganir的团队训练老鼠用爪子去够和抓放在笼子外面的食物颗粒。正常情况下，老鼠是用嘴吃颗粒的。

当老鼠学习如何去取颗粒时，科学家们发现，在老鼠大脑中被称为“小老鼠”的区域中，ampar的活动增加了大约20%运动皮层它以控制和精确运动肌肉而闻名。在神经元上，ampar看起来就像圣诞树上的灯，并且随着活动的增加而发出更亮的光。

但实验还显示，视觉皮层的AMPAR活动水平也有相同的增加。

“这是有道理的，因为视觉对电机控制博士理查德·罗斯(Richard Roth)说。他目前是斯坦福大学(Stanford University)的博士后研究员，但作为研究生时曾在胡加尼尔的实验室进行过这项研究的实验。

罗斯说:“所以，我们又做了一次同样的实验，但是把灯关掉了。”

使用老鼠看不见的红外光，老鼠最终学会了如何成功地抓取食物，但视觉皮层中ampar的活动有了较小的增长(10%)。

罗斯说:“我们相信，老鼠的大脑在黑暗中使用不同的感官线索来学习运动任务，包括触觉和嗅觉，从而使其他感官接管。”

接下来，研究小组使用特殊的光激活调节器来关闭运动皮层或视觉皮层的神经元，重复了实验。

如果老鼠被训练在房间的灯打开的情况下获得小球，如果它们的视觉皮层关闭，它们就不能完成任务。罗斯说:“很明显，这些老鼠依赖于视觉皮层集中的学习来接触颗粒。”

然而，最初被训练在黑暗中抓取颗粒的老鼠仍然能够完成任务，即使它们的视觉皮层被关闭。

“我们传统上认为，基于运动的学习仅仅发生在大脑的运动部分，但我们的研究和其他研究现在显示，它并不像我们想象的那样具体。在学习中有更多的全脑效应，”Roth说。

Huganir注意到，SYNGAP是控制参与学习的神经元受体的基因之一。他和其他人的研究表明，当基因发生突变时，它会导致包括智力残疾、自闭症和精神分裂症在内的疾病——所有这些疾病的部分特征是思维和学习能力的中断。

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