Das menschliche Gehirn ist “Kunststoff”: Sie können sich anpassen und rewire sich oft leichter, wenn das lernen neuer Dinge im Zusammenhang zu bekannten Fähigkeiten. Zum Beispiel, ist es wahrscheinlich einfacher für ein Profi-Tennisspieler zu lernen, badminton spielen, als Fußball.
Sucht zu entdecken, die grundlegende Grenzen für das Gehirn eine Plastizität, eine neue Caltech Studie entdeckt, dass lernen in der Tat einfacher, wenn Verwandte zu Fähigkeiten, die man bereits hat, weil bereits bestehende neuronale Struktur beschränkt, was man lernen kann. In anderen Worten, ist es wahrscheinlich, dass die Fähigkeiten, die wir bereits entwickelt haben, zu beschränken, was wir können leicht lernen in kurzer Zeit.
“Wir wollen verstehen, wie Menschen lernen und wo im Gehirn das lernen stattfindet. Dies ist zwar immer noch Grundlagenforschung, diese Forschungsarbeit könnte eines Tages möglicherweise helfen Menschen, die einen Schlaganfall hatten oder anderen Hirn-trauma in Ihrem Reha-Prozess”, sagt Richard Andersen, James G. Boswell Professor of Neuroscience, T&C Chen Gehirn-Maschine-Schnittstelle-Center-Führung Lehrstuhl und Direktor des T&C Brain-Machine-Interface Center der Tianqiao und Chrissy Chen Institut für Neurowissenschaften am Caltech. Die Forschung wurde in Andersens Labor in Zusammenarbeit mit der UCLA und der Casa Colina Krankenhaus und Zentren für Gesundheitsversorgung in Pomona, Kalifornien.
Die Studie konzentriert sich auf eine region des Gehirns genannt der anterioren intraparietalen Kortex, oder AIP. Diese region steuert eine person die Absicht, insbesondere der Absicht, sich zu bewegen. Zum Beispiel, wenn Sie aus Ihrer hand zu Holen, ein Objekt, Ihre AIP-zuerst verschlüsselt Ihre Absicht, sich zu bewegen und sendet Signale nach unten zu Regionen des Gehirns, die Kontrolle die Bewegungen von Muskeln, sehnen und dergleichen.
Angeführt von Caltech postdoctoral scholar Sofia Sakellaridi und wissenschaftliche Forscher Vassilios Christopoulos, die Forscher arbeiten mit einer Tetraplegie Erwachsene Frau, die winzigen Elektroden chirurgisch implantiert in Ihrer AIP, um zu Steuern, eine brain-machine-interface (BMI) – system. Der BMI misst die neuronale Aktivität in der region und kann so programmiert werden, übersetzen Sie diese Aktivität in Anweisungen für ein prothetisches Gerät (beispielsweise ein computer). In dieser Art der Studie Teilnehmer kann die Steuerung eines Cursors auf einem computer-Bildschirm einfach durch das denken über Sie bewegt.
In den Experimenten werden die Teilnehmer vorgestellt wurde mit einem computer-Bildschirm Anzeige ein cursor. Wenn Sie einen bestimmten Bereich auf dem Bildschirm leuchtet, wurde Sie gebeten, darüber nachzudenken, bewegen Ihren gelähmten rechten Handgelenk, als ob Sie waren physisch bewegt den cursor in seine Grundstellung auf die markierte position. Der BMI Lesen Sie Ihre neuronalen Absicht, sich zu bewegen und bewegt den cursor entsprechend.
Die Neuronen des Teilnehmers AIP feuerte in verschiedenen mustern, je nach dem, was Sie machen wollen. Zum Beispiel, einige Neuronen gefeuert beabsichtigt, nach oben Bewegungen und andere entlassen, soll nach unten Bewegungen. Die ehemaligen sind angeblich “abgestimmt” und die letztere “tuned für sich.” Der BMI war zunächst kalibriert, um den cursor zu bewegen, genau wie die Teilnehmer bestimmt. Zum Beispiel, wenn Sie dachte über das verschieben Sie den cursor nach unten, der nach unten gestimmt Neuronen erhöhen würde, Ihre Aktivitäten zu übersetzen, die Gedanken in die Bewegung des Cursors.
Die Forscher verändert die Zuordnung zwischen neuronaler Aktivität und der cursor-Bewegungen—zum Beispiel, wenn die Teilnehmer Gedanken über bewegte Ihr Handgelenk nach unten, die cursor gehen würde. Für einige neue Zuordnungen der Teilnehmer war in der Lage, zur Anpassung an die Störung. In diesen Fällen wollten die Forscher wissen, wie die Anpassung geschehen. Haben die einzelnen Neuronen, die Steuerung der BMI erfahren Sie, ändern Sie Ihre Stimmung für oben und unten? Oder hat die Teilnehmer lernen, zu denken, bewegt sich, wenn Sie dazu aufgefordert nach unten zu bewegen?
Letzteres ist ein Beispiel für das lernen mit einer neuen kognitiven Strategie. Viele computer-Nutzer haben schon Erfahrungen mit ähnlichen adaptive kognitive Strategien, Christopoulos erläutert: “Auf einem Apple-mousepad, ein Benutzer muss sich bewegen Sie Ihren Finger nach oben, unten Blättern. Auf einem Windows-Maus, die Richtung ist entgegengesetzt. Der ‘skill’ der Bewegung eines s-hand ist in beiden Fällen dieselbe, aber eine person muss sich an die unterschiedlichen Zuordnungen.”
Die Forscher fanden heraus, dass die Teilnehmer war manchmal in der Lage, zur Anpassung an Störungen in der cursor-Bewegung durch Veränderung Ihrer kognitiven Strategie. Zum Beispiel, Sie würden sagen, dass Sie re-richtet die cursor-Bewegung, die in Ihrem Kopf um die Aufgabe zu erfüllen. Doch der Teilnehmer war nicht immer in der Lage zu lösen, die Zuordnung Störung durch die Annahme einer neuen kognitiven Strategie, und in diesen Fällen fanden die Forscher, Ihr Gehirn nicht erzeugen völlig neue Muster der neuronalen Aktivität. In anderen Worten, Ihre Anpassungsfähigkeit, insbesondere Ihre Fähigkeit, wieder Ziel der Mauszeiger an gewissen Positionen im Raum—war eingeschränkt durch das tuning der besonderen Gruppe von Neuronen aufgenommen wird. Dies deutet darauf hin, dass das Ausmaß, in dem eine person kann lernen, eine neue Fertigkeit ist beschränkt durch bereits bestehende neuronale Verdrahtung.
“Dies ist vielleicht nicht immer der Fall sein”, sagt Sakellaridi”, Wie die Experimente durchgeführt wurden, die in ein-Stunden-Blöcke—also die Vertretung kurzfristig zu lernen—es ist wahrscheinlich, dass das AIP braucht mehr Ausbildung zu generieren neuartige Muster der Aktivität, zum Beispiel, zu lernen, neue Motorische Fähigkeiten. Insgesamt legen unsere Befunde nahe, dass es sein kann, dass bestimmte Arten des Lernens sehr viel länger dauern, um zu verändern das Gehirn.”
Als Nächstes planen die Wissenschaftler, um zu studieren verschiedenen Regionen des Gehirns durch die Arbeit mit Menschen, die die Elektroden implantiert, die andere Bereiche als die AIP.
