Uvek se smatralo da asocijativno učenje reguliše korteks malog mozga, koji se često naziva „mali mozak“. Međutim, novo istraživanje iz saradnje između Holandskog instituta za neuronauku, Erazmus MC i Champalimaud Centra za nepoznato otkriva da jezgra malog mozga zapravo daju iznenađujući doprinos ovom procesu učenja.
Ako se šolja kuva na pari, sačekaćete još malo pre nego što popijete iz nje. A ako vam se prsti zakače za vrata, sledeći put ćete biti oprezniji. To su oblici asocijativnog učenja, gde pozitivno ili negativno iskustvo dovodi do ponašanja u učenju. Znamo da je naš mali mozak važan u ovom obliku učenja. Ali kako tačno ovo funkcioniše?
Da bi istražio ovo pitanje, međunarodni tim istraživača u Holandiji i Portugalu, koji su činili Robin Broersen, Catarina Albergaria, Daniela Carulli, sa Megan Carei, Cathrin Canto i Chris de Zeeuv kao starijim autorima, pogledao je mali mozak miševa. Rad je objavljen u Nature Communications.
Istraživači su trenirali miševe sa dva različita stimulusa: kratkim bljeskom svetlosti, nakon čega je usledilo nežno davanje vazduha u oko. Vremenom su miševi saznali da postoji povezanost između njih dvoje, što ih je navelo da preventivno zatvore oči kada vide bljesak svetlosti. Ova paradigma ponašanja je korišćena dugi niz godina da bi se istražilo kako funkcioniše mali mozak.
Ako pogledate mali mozak, možete razlikovati dva glavna dela u njemu: cerebelarni korteks, ili spoljašnji sloj malog mozga, i jezgra malog mozga, unutrašnji deo. Ovi delovi su međusobno povezani. Jezgra su grupe moždanih ćelija koje primaju sve vrste informacija iz korteksa. Ova jezgra zauzvrat imaju veze sa drugim oblastima mozga koje kontrolišu pokrete, uključujući zatvaranje očnih kapaka. U suštini, jezgra su izlazni centar malog mozga.
Robin Broersen je rekao: „Moždani korteks se dugo smatrao primarnim igračem u učenju refleksa i vremena zatvaranja očnih kapaka. Ovom studijom pokazujemo da pravovremeno zatvaranje kapaka takođe može biti regulisano jezgrima malog mozga. Obe laboratorije radili na sličnim istraživačkim temama i kada smo shvatili sinergiju našeg rada, odlučili smo da započnemo međunarodnu saradnju što je rezultiralo ovim člankom.“
Na mali mozak utiču drugi regioni mozga preko različitih veza, takozvanih mahovinastih vlakana i vlakana za penjanje. U gore opisanom eksperimentu, smatra se da mahovina vlakna nose informacije iz svetlosti, a da vlakna koja se penju prenose informacije koje se odnose na naduvavanje vazduha. Ova informacija se zatim konvergira u korteksu i jezgru malog mozga.
Holandski tim je istraživao efekat asocijativnog učenja na ove veze sa jezgrima i otkrio da su mahovina vlakna napravila jače veze sa jezgrima kod miševa koji pokazuju asocijativno učenje.
U međuvremenu, portugalski tim je testirao sposobnost učenja u jezgrima malog mozga koristeći optogenetiku – metodu koja koristi svetlost za kontrolu ćelija.
Catarina Albergaria je rekla: „Umesto da koristimo običan svetlosni blic za treniranje miševa, direktno smo stimulisali moždane veze svetlošću dok smo je uparili sa naduvavanjem oka. To je dovelo do toga da miševi zatvore kapke u pravo vreme, pokazujući da jezgra malog mozga mogu da podrže pravovremeno učenje. Da bismo osigurali da se ovo učenje zaista dešava u jezgrima, ponovili smo eksperimente na miševima sa inaktiviranim cerebelarnim korteksom.“
Cathrin Canto je dodala: „Tokom učenja, veze između moždanih ćelija se menjaju. Ipak, nije bilo jasno gde se u malom mozgu ove promene dešavaju. Stoga smo posmatrali šta se dešava sa mahovinastim vlaknima i vezama iz korteksa tokom učenja. Otkrili smo da su kod miševa koji su naučili – ali ne i onih koji nisu – veze od mahovinskih vlakana i od korteksa do jezgara postale jače.“
Canto nastavlja: „Takođe smo vizualizovali šta se dešava unutar ćelije, tako što smo vršili električna merenja unutar nuklearnih ćelija živog miša. Možete zamisliti da su ove ćelije veoma male, 10 do 20 µm. To je manje od prečnika ljudske kose. Koristeći ultra tanku cev sa elektrodom, uspeli smo da snimimo električnu aktivnost unutar ćelija dok je miš obavljao zadatak, što je bio ogroman tehnički izazov.“
„Kod obučenih životinja, izlaganje svetlosti izazvalo je promenu električne aktivnosti unutar ćelija jezgra: ćelije su postajale aktivnije što ste se približavali vazdušnom pahuljici u smislu vremena. U suštini, ćelije su bile pripremljene za ono što je trebalo da dođe i stoga su mogle učine njihovu električnu aktivnost dovoljno preciznom da kontrolišu očni kapak čak i pre nego što je došlo do naduvavanja.“
Broersen je rekao: „Iako ovo istraživanje koristi miševe, opšta anatomija malog mozga je slična između miševa i ljudi. Dok ljudi imaju mnogo više ćelija, očekujemo da će veze između ćelija biti organizovane na isti način.“
„Naši rezultati doprinose boljem razumevanju kako mali mozak funkcioniše i šta se dešava tokom procesa učenja. Ovo takođe vodi do više znanja o tome kako oštećenje malog mozga utiče na funkcionisanje, što može pomoći pacijentima u budućnosti. Stimulisanjem veze sa jezgra koristeći duboku moždanu stimulaciju, možda bi bilo moguće naučiti nove motoričke veštine.“
