Tokom svog života, životinje formiraju veze između senzornih stimulansa i predviđenih pretnji ili nagrada. Ove asocijacije mogu, zauzvrat, da oblikuju ponašanja životinja, podstičući ih da se angažuju u izbegavajućim ponašanjima (npr. izbegavanje određenih stimulansa i situacija) ili obrnuto, da se na različite načine angažuju sa okolinom.
Prethodne studije neuronauke su otkrile da ovaj proces sticanja obrazaca ponašanja putem iskustva podržavaju različiti regioni mozga. Jedan od ovih regiona je medijalni prefrontalni korteks (mPFC), veliki segment prednjeg dela mozga za koji se zna da doprinosi donošenju odluka, pažnji, učenju i konsolidaciji pamćenja.
Istraživači sa Univerziteta u Cirihu i ETH Cirih nedavno su sproveli studiju koja istražuje kako mPFC doprinosi učenju strategija ponašanja tokom vremena, posebno se fokusirajući na procese kroz koje povezuje senzorne informacije sa ponašanjem životinje. Njihovi nalazi, objavljeni u Nature Neuroscience, sugerišu da mPFC transformiše senzorne inpute u bihevioralne izlaze izvodeći niz proračuna na nivou populacije neurona.
„Predloženo je da medijalni prefrontalni korteks (mPFC) poveže senzorne ulaze i izlaze ponašanja kako bi posredovao u izvršenju naučenog ponašanja“, napisali su Bejamin Ehret, Roman Boehringer i njihove kolege u svom radu. „Međutim, kako se takva veza implementira, ostalo je nejasno. Da bismo izmerili prefrontalne neuronske korelate senzornih stimulusa i naučenog ponašanja, izvršili smo snimanje kalcijuma u populaciji tokom nove paradigme aktivnog izbegavanja signalizirane tonom kod miševa.“
U svojim eksperimentima, koji su trajali 11 dana, Ehret, Boehringer i njihove kolege snimili su aktivnost neurona u mozgu miševa dok su životinje bile angažovane na zadatku uslovljavanja straha. Miševi su smešteni u komoru za učenje koja se sastojala od po 50 pokušaja.
Nakon što su čuli ton, miševi su dobili blagi, ali neprijatan električni udar na noge. Međutim, polovina komore u kojoj su se nalazili bila je označena kao „bezbedna zona“, što znači da ako se nalaze u ovoj zoni, miševi ne bi doživeli nikakav šok nakon tona.
Nakon ponovljenih ispitivanja, miševi su stekli izbegavajuće ponašanje i naučili da se brzo kreću u bezbednu zonu nakon što su čuli ton. Da bi ispitali aktivnost neurona dok su miševi učili da izbegnu šok bekstvom u bezbednu zonu, istraživači su koristili tehnike snimanja kalcijuma i fluorescentnu mikroskopiju.
„Razvili smo pristup analize zasnovan na smanjenju dimenzionalnosti i dekodiranju koji nam je omogućio da identifikujemo obrasce aktivnosti stanovništva koji se mogu interpretirati,“ napisali su Ehret, Boehringer i njihove kolege.
„Dok veliki deo aktivnosti izazvane tonom nije bio informativan o izvršenju ponašanja, identifikovali smo obrazac aktivnosti koji je predviđao akcije izbegavanja izazvane tonom i nije se javljao za spontane akcije sa sličnom kinematikom kretanja. Štaviše, ova aktivnost specifična za izbegavanje razlikovao se između različitih radnji izbegavanja naučenih u dva uzastopna zadatka.“
Kada su analizirali snimke koje su prikupili tokom eksperimentalnih ispitivanja, istraživači su primetili obrazac u aktivnosti mPFC neurona koji je bio povezan sa izvršavanjem izbegavajućeg ponašanja nakon što su čuli ton i nakon prethodne obuke za uslovljavanje straha. Sve u svemu, zapažanja tima sugerišu da mPFC transformiše senzorne ulaze u specifične bihevioralne izlaze putem serije distribuiranih proračuna na nivou populacije neurona.
„Ovi rezultati naglašavaju složenu interakciju između senzorne obrade i izvršavanja ponašanja, a potreban je dalji rad da bi se razumela vremenska dinamika toka senzornih informacija kroz mrežu uključenih područja mozga“, napisali su Ehret, Boehringer i njihove kolege.
Nalazi ove nedavne studije bi uskoro mogli da utrle put ka još boljem razumevanju mPFC-a i njegovog doprinosa učenju ponašanja usmerenog ka cilju. Buduće studije bi mogle dalje da ispitaju obrasce aktivnosti koje je identifikovao tim na ETH Cirihu koristeći druge eksperimentalne metode i paradigme učenja.
