虚拟现实实验大鼠神经元如何使学习提供了新的见解

科学家早就知道该地区的大脑海马记忆很重要,学习和导航。

现在,科学家们在加州大学洛杉矶分校实验室由neurophysicist玛雅Mehta越来越深入了解电路的海马体是如何工作的水平,涉及数以百万计的网络功能神经元。知识的发展可能是一个重要的一步治疗神经系统疾病如阿尔茨海默氏症、精神分裂症和癫痫,所有这些都与海马的功能障碍有关。

最新研究,发表在《华尔街日报》自然,科学家们研究了老鼠在一个虚拟现实的迷宫。同时观察大量的单个神经元的活动在每个动物的海马,科学家们发现在这些神经元反应,显示特定的导航机制。

“海马体的第一个区域是影响基于内存的疾病如阿尔茨海默氏症,”说,这项研究的第一作者,杰森·摩尔,前加州大学洛杉矶分校的博士后学者目前在纽约大学。“这是至关重要的理解其功能,灵活性和限制。”

这项研究可能有助于解释为什么海马体受损的人斗争不仅与所谓的空间任务,像找到了回家的路或定位丢失的钥匙,但也与记忆的任务,如回忆他们吃午饭还是他们把日常药物。

实验使用的一种虚拟现实系统开发的梅塔的实验室。这项技术的目的是使动物舒适和避免引起头晕等症状,其他虚拟现实系统可以触发。

在这项研究中,老鼠放在一个小跑步机在一个盒子里一个迷宫的画面投射到容器的墙壁。老鼠被鼓励通过迷宫找到他们的奖励,一滴糖水。为了奖励,老鼠需要辨别他们的虚拟物体周围的人,他们需要去接受他们的奖励和目的地有多远。

一些动物被测试在许多会议,使研究者能够观察神经元的反应改变了老鼠学会了导航迷宫。

科学家们观察到,海马神经元编码多个方面的动物的位置是在太空中,它的身体的角度相对于其奖励和移动的距离已经沿其路径a现象叫做“复用”。

发现具有重要意义,因为它被广泛认为海马神经元的代码位置。

“我们发现,在虚拟迷宫,神经元携带很少的关于老鼠的位置的信息,”梅塔说,加州大学洛杉矶分校的神经学教授、神经生物学和物理学。“相反,大多数神经元编码为导航的其他方面,如距离和身体哪个方向正。”

科学家们还发现,当老鼠在迷宫中吸取了经验教训。他们的神经元“记得”迷宫更加可靠和准确。

梅塔的实验室和其他地方的研究在过去的25年里已经表明,这种变化在神经元的活动或neuroplasticity-occur通过一个神经学家叫Hebbian学习过程。这一过程是由一种名为NMDA的神经化学物质,这是一种常见的药物用于治疗神经系统疾病的目标。

Mehta说神经可塑性的科学家们观察到的老鼠可能是因为Hebbian学习在数十亿突触。这一结论进一步证实当研究者给动物注射物质抑制NMDA,受损的表现迷宫。

“值得注意的是,在虚拟现实环境中神经可塑性远远大于简单,现实世界的迷宫,”梅塔说。“此外,这刺激了神经可塑性与性能。”

也导致了研究的合著者Jesse Cushman Lavanya Acharya和布丽安娜Popeny,加州大学洛杉矶分校,以及几个加州大学洛杉矶分校的本科生。

在未来的研究中,梅塔和他的同事们将进行类似的研究老鼠和对人类记忆障碍,测试枯萎虚拟现实可以用于早期诊断和评估药物的有效性。