Studieren vision in der Tonhöhe Finsternis strahlt Licht auf, wie ein säugetier-Gehirn-Laufwerke Verhalten

Neue arbeiten aus Finnland war in der Lage, link säugetier-Verhalten auf die zugrunde liegende neuronale code. Die Arbeit untersucht, wie Säugetiere “ Gehirn interpretiert die Signale von den Augen bei schlechten Lichtverhältnissen.

Die neue Studie scheint das Licht auf einem Weg zu lösen, die zwei großen Ziele der Neurowissenschaften. Das erste Ziel ist, zu Lesen, Nerven-Signale und interpretieren, was Sie bedeuten, unsere Gehirne, und die zweite ist um herauszufinden, wie unser Gehirn nimmt diese Signale auf und entscheidet, was zu tun ist—die Vorhersagen, wie wir uns Verhalten, basierend auf dem, was wir sehen.

Geheimnis der Interpretation der neuronalen code, der sich in pitch-dark Labyrinth

Alle Informationen, die der Körper sendet dem Gehirn—wie das, was wir sehen, hören, riechen und fühlen—durch geschickt bekommt Nerven als elektrische Impulse namens spike trains.

Das Regelwerk für, wie das Gehirn dekodiert die spike trains ist unbekannt, und arbeiten wird erschwert durch die Tatsache, dass das Nervensystem trägt oft die gleiche Nachricht in viele verschiedene Möglichkeiten. Wenn die verschiedenen Versionen der gleichen Nachricht, das Gehirn zu erreichen, es interpretiert alle diese Signale zusammen, um zu entscheiden, wie Sie sich Verhalten. Professor Petri Ala-Laurila und sein Team an der Aalto-Universität und der Universität von Helsinki konnten nun das Verhalten „verknüpfen“ in einem Maus-spezifischen spike-Züge, die Ihren Ursprung in seinen Augen.

Die Mäuse trainiert hatte, schwimmen in Richtung ein äußerst schwaches Licht in einer pechschwarzen Labyrinth, und das team gemessen, wie effektiv die Mäuse waren bei der Suche nach es. Dunkelheit eingesetzt werden mussten, weil Sie kritisch reduziert die Anzahl der relevanten spike Züge zu den beiden wichtigsten diejenigen, die empfindlich auf die dim Licht: man nennt die AUF dem Kanal und eine sogenannte OFF-Kanal. Durch die Schaffung von einem Szenario, wo es eine begrenzte Anzahl von spike-trains immer geschickt für einen bestimmten Eingang, das team war in der Lage zu isolieren, die einzelnen spike-train gesteuert Verhalten.

Es ist sehr schwierig exakte Wissenschaft Experimente in kompletter Dunkelheit, also entwickelte das team ein einzigartiges repertoire von state-of-the-art-Techniken. Sie hatte zu design-Methoden zur Messung der elektrischen Signale mit Ursprung aus einzelnen Photonen durch die neuronalen Gewebe des Auges—die Netzhaut—und verknüpft diese Signale, um das Verhalten der Maus im Labyrinth. Einer der Durchbrüche ist, dass das team verfolgen kann, die Mäuse in der Dunkelheit mit Nacht-vision-Kameras und der deep-learning-basierte software so exakt, dass Sie in der Lage sind, vorherzusagen, mit bisher unerreichter Auflösung, wo die Photonen landen auf jede Maus Netzhaut.

Das Licht, die Maus versucht zu finden, war aus dimmer jedes mal, bis zu dem Punkt, dass in den letzten paar versuche nur ein paar Photonen gleichzeitig wurden die Eingabe mit der Maus in die Augen.

Das team verglich zwei Arten von Mäusen. Die erste Gruppe von Mäusen, die haben die Aufgabe, gewöhnlichen Mäusen. Die zweite Gruppe wurde genetisch so verändert, dass Ihre sensibelsten AUF Kanal braucht 10 mal mehr Licht zu senden, ein spike train als die meisten empfindlich OFF-Kanal. Diese veränderten Mäusen erwies sich 10 mal schlechter zu sehen, das Licht als Ihre unmodifizierten cousins. Daher waren die Forscher in der Lage zu beweisen, Ihre wichtigste Entdeckung: die einzelnen spike-Züge gehen durch die AUF dem Kanal waren verantwortlich für die Maus sehen, das Licht.

Ergebnis relevant für alle Neurowissenschaftler studieren Wahrnehmung

Dieses Ergebnis ist das erste mal, dass jemand verlinkt hat visual Verhalten mit dieser Auflösung, um präzise spike-codes kommen aus der retina. „Das ist wie der Versuch zu übersetzen, eine Sprache,“ Professor Petri Ala-Laurila, erklärt. „Früher waren wir mit einem Sprachführer: wir wussten, was uns ganze Sätze gemeint, aber nicht die Bedeutung der einzelnen Worte. Nun, wir können die genaue link-codes, die aus einzelnen Nervenimpulsen zu Verhalten, wir sind immer näher zum Verständnis der einzelnen ‚Worte.'“

Das Ergebnis ist hoch relevant für Forscher, die an vision, aber auch allgemein für alle Neurowissenschaftler arbeiten an der Wahrnehmung, weil der eine eigentlich überraschende an dem Ergebnis, dass überschlug sich früher überzeugungen in der Neurologie. Für 70 Jahre, Wissenschaftler haben mithilfe der Informationen, die Theorie zu modellieren, wie das Gehirn verarbeitet verschiedene Signale. Eine der Vermutungen war, dass, wenn das Gehirn die Wahl hat zwischen zwei konkurrierenden codes, dabei wird sich auf das signal, das weitere Hinweise enthält. Im Falle der ON und OFF Kanäle in der vision, in der genetisch veränderte Mäuse, die AUF Kanal—das zeigte das team war der Schlüssel in der Beherrschung des eigenen Verhaltens—enthält weniger Informationen. Der AUF-Kanal, steigt die Anzahl der Nervenimpulse sendet es an das Gehirn, wenn es erkennt Photonen, in der Erwägung, dass die OFF-Kanal, sinkt die impulsrate, und zeigen die Forscher, dass Verhalten sich nur auf Nachrichten, die codiert werden in erhöhte impulsrate eher zu-als abgenommen impulsrate. „Diese Entdeckung ist wirklich aufregend für alle neuroscience, weil es die experimentellen Beweis für die Gehirn der Priorisierung der Informationen, codiert in spikes statt in der Abwesenheit von spikes“, sagt Lina Smeds, der Ph. D.-student an der Universität von Helsinki, wer ist der erste Autor des Papiers.

Die nächsten Schritte für die finnische Gruppen zu Messen sind, wenn die gleichen Grundsätze gelten auch für die mehr neuronale schaltungen und Verhaltens-Paradigmen und um zu sehen, ob Sie auch Folgen den gleichen Regeln. Professor Ala-Laurila vergleicht die Entdeckung zu, die von der Rosetta-Stein im Hinblick auf seine Anwendbarkeit. „Wenn der Stein von Rosetta entdeckt wurde, es nicht bedeuten, konnten wir sofort verstehen, Ancient Egyptian: aber es gab Forscher ein Werkzeug, dass Sie in den nächsten 2 Jahrzehnten endlich übersetzen von Hieroglyphen. Auch diese Entdeckung bedeutet nicht, wir können sofort vorherzusagen, das Verhalten von sensorischen Nervensignalen, aber es bedeutet, dass wir nun anfangen können zu studieren, was die einzelnen Signale bedeuten für das Gehirn.“