• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Ptaki i ssaki mają w mózgu taki sam obwód uczenia się

    25.05.2010. 21:12
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    W ramach przełomowych badań prowadzonych pod kierunkiem Massachusetts Institute of Technology (MIT) w USA naukowcy odkryli ewolucyjne powiązanie między ptakami a ssakami. Pomimo znacznych różnic anatomicznych w budowie kory mózgu, ptaki i ssaki korzystają z takiego samego mechanizmu uczenia się. Badania, sfinansowane w części z grantu Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE, podkreślają wagę przypuszczenia, że takie lekcje o uczeniu się mogą wywrzeć stymulujący wpływ na wiedzę o biologii człowieka i przełożyć się na opracowanie nowych metod leczenia człowieka, np. w przypadku choroby Parkinsona. Odkrycia zostały opublikowane w czasopiśmie Journal of Neuroscience.

    Naukowcy często wykorzystują proces uczenia się śpiewu przez ptaki jako system modelowy do analizy ogólnych zasad uczenia się, a w szczególności tych dotyczących skomplikowanych działań. Eksperci uznają uczenie się ptasiego śpiewu za bardzo stereotypową formę uczenia się. Niemniej z perspektywy naukowej porównanie systemu ptasiego z systemem ssaków nigdy nie było łatwe z uwagi na różnice w budowie kory mózgowej obydwu grup. Dzięki przeprowadzonym badaniom zespół MIT, wraz z kolegami z Uniwersytetu Hebrajskiego w Izraelu, zidentyfikował konkretne klasy neuronów w mózgu ptaków śpiewających i zestawił je z ich odpowiednikami w mózgach ssaków.

    Przedmiotem badań był region mózgu nazywany zwojami podstawy mózgu, tj. zestaw struktur neuronowych występujących głęboko w korze. Te ściśle połączone ze sobą skupiska komórek nerwowych odgrywają kluczową rolę w umiejętności uczenia się i tworzenia nawyków. Naukowcy wiążą zwoje podstawy mózgu z różnymi zaburzeniami, takimi jak zaburzenie obsesyjno-kompulsywne czy choroba Parkinsona. Zdaniem naukowców na chorobę Parkinsona mają wpływ w szczególności dwie kluczowe struktury: prążkowie grzbietowe i gałka blada. Struktury te, zlokalizowane w zwojach podstawy mózgu, mają kluczowe znaczenie dla uczenia się sekwencji motorycznych.

    Coraz większa liczba badań wskazuje na to, że ptaki posiadają podobne obwody mózgowe, które leżą u podłoża uczenia się przez nie śpiewu. Główna różnica polega jednak na podziałach anatomicznych, które nie występują u ptaków. Typy komórek w zwojach podstawy mózgu są przemieszane w maleńkiej strukturze zwanej "obszarem X".

    Dr Jesse Goldberg i profesor Michale Fee z MIT zarejestrowali aktywność elektryczną pojedynczych neuronów w mózgach młodych zeberek. Za pomocą mikrosondy z napędem umieścili elektrody w obszarze X. Schematy aktywności elektrycznej generowane w czasie śpiewu ptaków pozwoliły naukowcom na precyzyjne wskazanie dwóch odrębnych klas neuronów, które cechują się odmiennymi schematami aktywacji. Zapisy porównano ze schematami aktywności zarejestrowanymi z dwóch znanych ścieżek anatomicznych gałki bladej małpy.

    Naukowcy odkryli, że ścieżki tych dwóch gatunków są bardzo podobne, mimo że u ptaków tempo aktywacji jest znacznie większe (do 700 impulsów na sekundę, co eksperci oceniają jako jedne z najszybszych neuronów). Zespół ustalił również, że jedna z dwóch klas u ptaków ma takie same typy połączeń jak naczelne.

    "Nasze wyniki zdecydowanie sugerują, że te same obwody w mózgu leżą u podstaw uczenia się ptaków i ssaków, mimo powierzchownych różnic anatomicznych" - wyjaśnia dr Goldberg, który pracuje w Instytucie Badań nad Mózgiem im. McGoverna przy MIT. "Obwód ten musiał się wykształcić co najmniej 300 milionów lat temu, przed rozdzieleniem się ptaków i ssaków."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Nidopallium – region w mózgu ptaków używany w większości do niektórych funkcji wykonawczych lecz i także do pewnych zadań poznawczych. W 2002 Avian Brain Nomenclature Consortium (gremium określające nomenklaturę dotyczącą ptasiego mózgu) określeniem "nidopallium" zastąpiło pierwotną nazwę "neostriatum", gdyż sugerowała ona że ten rejon mózgu spełnia role bardziej prymitywne, podobnie jak neostriatum w mózgu ssaków. Upośledzenie zdolności niewerbalnego uczenia się (NLD, NVLD, Nonverbal Learning Disabilities) - zaburzenie uczenia się (właściwiej wada neurologiczna) przypominająca całościowe zaburzenie rozwoju, mająca podłoże najprawdopodobniej związane z zaburzonym funkcjonowaniem prawej półkuli mózgu lub uszkodzeniem istoty białej. Neuroplastyczność (plastyczność mózgu) – zdolność tkanki nerwowej do tworzenia nowych połączeń mających na celu zreorganizowania się, adaptacji, zmienności, samonaprawy, uczenia się i pamięci. Jest to powszechna cecha neuronów, występująca na wszystkich piętrach układu nerwowego.

    Wstrząśnienie mózgu – zaburzenie czynności pnia mózgu, będące wynikiem urazu lub zniesienia czynności komórek zwojowych mózgu bez znaczących zmian anatomicznych. Jądra podstawne, inaczej jądra podstawy (łac. ganglia basales, nuclei basales) – grupa jąder wysyłających projekcje do kory mózgowej, wzgórza i pnia mózgu. Jądra podstawne ssaków pełnią rozmaite funkcje związane z kontrolą ruchów, procesami poznawczymi, emocjami i uczeniem się.

    Hipnopedia - uczenie się w czasie snu; sposób uczenia się oparty na założeniu, że w początkowej fazie snu mózg ludzki jest w stanie odbierać sygnały i magazynować werbalne informacje, które z kolei w ciągu dnia mogą być przedmiotem ponownego uczenia się i szybszego utrwalania. Nocne "lekcje" eksponuje się wiec w okresie od zaśnięcia do zapadnięcia w głęboki sen i przed obudzeniem się, tj.: w okresach "płytkiego" snu. Badania nad hipnopedią znajdują się dopiero w stadium pocztowym. Ostre rozsiane zapalenie mózgu i rdzenia (ang. Acute Disseminated Encephalomyelitis ADEM) – autoimmunologiczna demielinizacyjna choroba mózgu bardzo podobna do stwardnienia rozsianego (SM), które zazwyczaj jest chroniczną nawracającą i cofającą się chorobą młodych dorosłych, podczas gdy ADEM jest zazwyczaj jednofazową chorobą dzieci. Nieprawidłowe wyniki badań immunoglobulin w płynie mózgowo-rdzeniowym są znacznie rzadsze w ADEM niż w SM. W ADEM występuje uszkodzenie mózgu, które jest rzadkie w stwardnieniu rozsianym. ADEM zwykle występuje po zakażeniu z gorączką albo szczepieniu. U części chorych z początkowym rozpoznaniem ADEM, diagnozuje się później jednak stwardnienie rozsiane. Śmiertelność wynosi 5% i większość przeżywających posiada co najmniej małą niepełnosprawność.

    Elektroencefalografia (EEG) − nieinwazyjna metoda diagnostyczna służąca do badania bioelektrycznej czynności mózgu za pomocą elektroencefalografu. Badanie polega na odpowiednim rozmieszczeniu na powierzchni skóry czaszki elektrod, które rejestrują zmiany potencjału elektrycznego na powierzchni skóry, pochodzące od aktywności neuronów kory mózgowej i po odpowiednim ich wzmocnieniu tworzą z nich zapis – elektroencefalogram. Jeśli elektrody umieści się bezpośrednio na korze mózgu (np. podczas operacji) badanie nosi nazwę elektrokortykografii (ECoG). Pierwszy polski zapis EEG został zarejestrowany przez Adolfa Becka na Uniwersytecie Jagiellońskim, który swoją pracę opublikował w 1890 r. Pierwsze badanie EEG na człowieku przeprowadził Hans Berger, psychiatra z Jeny. Głęboka stymulacja mózgu (ang. deep brain stimulation - DBS) – chirurgiczna metoda leczenia, polegająca na implantacji urządzenia zwanego rozrusznikiem mózgu, które wysyła impulsy elektryczne do określonej części mózgu.

    Propagacja wsteczna – podstawowy algorytm uczenia nadzorowanego wielowarstwowych, jednokierunkowych sieci neuronowych. Podaje on przepis na zmianę wag dowolnych połączeń elementów przetwarzających rozmieszczonych w sąsiednich warstwach sieci. Oparty jest on na minimalizacji sumy kwadratów błędów uczenia z wykorzystaniem optymalizacyjnej metody największego spadku. Dzięki zastosowaniu specyficznego sposobu propagowania błędów uczenia sieci powstałych na jej wyjściu, tj. przesyłania ich od warstwy wyjściowej do wejściowej, algorytm propagacji wstecznej stał się jednym z najskuteczniejszych algorytmów uczenia sieci.

    Komórki Purkiniego (ang. Purkinje cells) – typ neuronów GABA-ergicznych kory móżdżku. Obok komórek Betza należą do największych neuronów występujących w mózgu człowieka. Aksony komórek Purkiniego dochodzą do istoty białej móżdżku i ulegają przełączeniu na jądra móżdżku i jądra przedsionkowe.

    Dodano: 25.05.2010. 21:12  


    Najnowsze