محققان دانشگاه علوم بهداشت یوتا دریافته‌اند که سلول‌های زمانی در موش‌ها برای کارهای یادگیری که زمان‌بندی حیاتی است، حیاتی هستند. این سلول‌ها الگوهای شلیک خود را تغییر می‌دهند، زیرا موش‌ها تشخیص رویدادهای زمانی را می‌آموزند که نقشی فراتر از اندازه‌گیری زمان را نشان می‌دهد. این کشف ممکن است به تشخیص زودهنگام بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی مانند بیماری آلزایمر با برجسته کردن اهمیت قشر داخلی داخلی (MEC)، که یکی از اولین مناطقی از مغز است که تحت تأثیر چنین بیماری‌هایی قرار می‌گیرد، کمک کند.
محققان دانشگاه یوتا دریافته‌اند که سلول‌های زمانی در موش‌ها با وظایف زمان یادگیری سازگار می‌شوند، یافته‌ای که می‌تواند در مراحل اولیه کمک کند. آلزایمر تشخیص با نظارت بر تغییرات در یک ناحیه کلیدی مغز.
درک ما از زمان برای تعامل و درک ما از دنیای اطرافمان بسیار مهم است. چه در حال مکالمه باشیم و چه در حال رانندگی با ماشین، باید مدت وقایع را به خاطر بسپاریم و تخمین بزنیم – یک محاسبه پیچیده اما عمدتاً ناخودآگاه که دائماً در زیر سطح افکار ما جریان دارد.
در حال حاضر، محققان از دانشگاه بهداشت یوتا دریافته‌اند که در موش‌ها، جمعیت خاصی از «سلول‌های زمان‌بندی» برای یادگیری رفتارهای پیچیده که زمان‌بندی حیاتی است، ضروری است. مانند عقربه دوم ساعت، سلول‌های زمانی به ترتیب برای ترسیم دوره‌های زمانی کوتاه شلیک می‌شوند.
اما سلول‌های زمانی فقط یک ساعت ساده نیستند، زیرا حیوانات یاد می‌گیرند بین رویدادهای زمانی مختلف تمایز قائل شوند، الگوی فعالیت سلول‌های زمانی تغییر می‌کند تا هر الگوی از رویدادها را به طور متفاوت نشان دهد. این کشف در نهایت می‌تواند به تشخیص زودهنگام بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی، مانند بیماری آلزایمر، که بر حس زمان تأثیر می‌گذارد، کمک کند.
مطالعه جدید در منتشر شده است نورولوژی طبیعت.
کد ماوس
با ترکیب یک کار پیچیده یادگیری مبتنی بر زمان با تصویربرداری پیشرفته مغز، محققان توانستند مشاهده کنند که چگونه الگوهای فعالیت سلولی در طول زمان با یادگیری موش‌ها پیچیده‌تر می‌شود. محققان ابتدا آزمایشی را راه‌اندازی کردند که در آن یادگیری تفاوت‌ها در زمان‌بندی رویدادها بسیار مهم بود. برای دریافت جایزه، موش‌ها باید یاد می‌گرفتند که بین الگوهای محرک‌های بو که دارای زمان‌بندی متغیر بودند، تمایز قائل شوند، گویی که یک شکل بسیار ساده از کد مورس را یاد می‌گرفتند.
از چپ به راست: دکتر جیمز هیز. ارین بیگوس; هیون وو لی، دکترا اعتبار: از چپ به راست: چارلی اهلرت، متیو کوریول، کیونگ جنیفر لی.
قبل و بعد از اینکه موش ها یاد گرفتند، محققان از میکروسکوپ های پیشرفته برای تماشای شلیک سلول های زمانی فردی در زمان واقعی استفاده کردند. در ابتدا، سلول های زمانی آنها به هر الگوی محرک بو به همان شیوه پاسخ می دادند. اما از آنجایی که آنها الگوهای زمانی متفاوتی از محرک ها را یاد گرفتند، موش ها الگوهای متفاوتی از فعالیت سلول های زمانی را برای هر الگوی رویداد توسعه دادند.
مشخصاً، در طول آزمایش‌هایی که در آن موش‌ها اشتباه می‌کردند، محققان می‌توانستند ببینند که سلول‌های زمانی آنها اغلب به ترتیب اشتباه شلیک می‌کنند، که نشان می‌دهد توالی صحیح فعالیت سلول‌های زمانی برای انجام وظایف مبتنی بر زمان حیاتی است. Hyunwoo Lee، دکترای دکتر Hyunwoo Lee، محقق فوق دکترا در نوروبیولوژی در دانشکده پزشکی دانشگاه یوتا اسپنسر فاکس اکلس و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: “تصور می‌شود که سلول‌های زمانی در زمان‌های خاصی در طول آزمایش فعال هستند.” اما هنگامی که موش ها اشتباه کردند، این فعالیت انتخابی گیج شد.
نه فقط یک کرونومتر
ارین بیگوس، استادیار فارغ التحصیل نوروبیولوژی و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت که سلول‌های زمان‌بندی نقش پیچیده‌تری نسبت به ردیابی زمان دارند. هنگامی که محققان به طور موقت فعالیت ناحیه مغزی حاوی سلول های زمان بندی، قشر داخلی آنتورینال (MEC) را مسدود کردند، موش ها همچنان می توانستند زمان وقایع را درک کرده و حتی پیش بینی کنند. اما آنها نمی توانستند کارهای پیچیده زمان بندی را از ابتدا یاد بگیرند. Bigus گفت: “MEC مانند یک کرونومتر ساده عمل نمی کند که برای پیگیری زمان در هر شرایط ساده لازم است.” “به نظر می رسد نقش آن در یادگیری این روابط زمانی پیچیده تر باشد.”
محققان از تصویربرداری پیشرفته مغز برای مشاهده نحوه فعال شدن نورون ها قبل و بعد از یادگیری موش ها استفاده کردند. اعتبار: هیس لب / دانشگاه بهداشت یوتا
جالب اینجاست که تحقیقات قبلی بر روی MEC نشان داده است که در یادگیری اطلاعات مکانی و ساختن «نقشه های ذهنی» نیز نقش دارد. در مطالعه جدید، محققان متوجه شدند که الگوهای فعالیت مغزی که در حین یادگیری وظایف مبتنی بر زمان ظاهر می‌شوند، شباهت‌هایی با الگوهای مشاهده شده قبلی در یادگیری فضایی نشان می‌دهند. جنبه های هر دو الگو حتی زمانی که حیوان به طور فعال در حال یادگیری نیست باقی می ماند.
به گفته محققان، اگرچه تحقیقات بیشتری مورد نیاز است، اما این نتایج نشان می دهد که مغز ممکن است فضا و زمان را به روش های اساسی مشابه پردازش کند. دکتر جیمز هیز، استادیار عصب‌بیولوژی و نویسنده ارشد این مطالعه، می‌گوید: «ما معتقدیم که قشر آنتورینال ممکن است یک هدف دوگانه داشته باشد، هم به‌عنوان کیلومترشمار برای ردیابی مسافت و هم به‌عنوان ساعتی برای ردیابی زمان سپری شده عمل می‌کند».
اینها اولین نواحی از مغز هستند که تحت تأثیر بیماری های عصبی مانند آلزایمر قرار می گیرند. ما علاقه مندیم تا بررسی کنیم که آیا وظایف زمان بندی رفتاری پیچیده می تواند راهی مفید برای تشخیص زودهنگام بیماری آلزایمر باشد. – جیمز هیز
به گفته محققان، یادگیری نحوه پردازش زمان توسط مغز در نهایت می تواند به تشخیص بیماری های عصبی مانند آلزایمر کمک کند. MEC یکی از اولین نواحی مغز است که آلزایمر بر آن تأثیر می گذارد و نشان می دهد که وظایف زمان بندی پیچیده به طور بالقوه می تواند راهی برای ابتلای زودهنگام به این بیماری باشد.
مرجع: “قشر داخلی آنتورینال واسطه یادگیری رفتار زمان بندی بازه ای وابسته به زمینه است” توسط ارین آر بیگوس، هیون وو لی، جان سی. بولر، جیانی شی، و جیمز جی. هیس، 14 ژوئن 2024. نورولوژی طبیعت.
DOI: 10.1038/s41593-024-01683-7
این مطالعه توسط بنیاد ملی علوم ایالات متحده، بنیاد وایت هال، بنیاد تحقیقات مغز و رفتار، موسسه ملی سلامت روان، بنیاد تحقیقات ملی کره و دانشگاه یوتا تامین شد.
