Wissenschaftler steuern schnelle Neuverkabelung des Gehirns Schaltungen mit gemusterten visuelle Stimulation

    In einer neuen Studie in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, zeigen die Forscher zum ersten Mal , wie das Gehirn re- Drähte und Feinabstimmung ihrer Verbindungen unterschiedlich, je nach der relativen Zeitsteuerung von Sinnesreizen . in den meisten Neurowissenschaften Lehrbücher heute gibt es eine weit verbreitete Modell, wie Nervenschaltungenkönnten ihre Konnektivität basierend auf gemusterten Abfeuern von Gehirnzellen zu verfeinern erklärt , aber es wurde bisher nicht direkt in Echtzeit beobachtet . Dieses " Hebbian Theorie" , nach der McGill University Psychologen Donald Olding Hebb , der zuerst im Jahre 1949 schlug sie benannt hat , wie zusammengefasst :

    " Zellen, die zusammen feuern , Draht zusammen . Zellen, die nicht synchron feuern , verlieren ihre link"

    Mit anderen Worten, wird eine Nervenzelle , die zur gleichen Zeit wie der Nervenzelle ausgelöst Nachbarn zusammenwirkend starke, stabile Verbindungen auf ihre Partnerzellen . Auf der anderen Seite , eine Nervenzelle , die aus der Synchronität mit seinen Nachbarn feuert , werden am Ende destabilisierenden und Aberkennung seiner Verbindungen . " Zum ersten Mal haben wir direkten Echtzeit- Nachweis aus der Beobachtung Gehirnzellen im intakten Tier Hebb Modell zu unterstützen, aber , wir bieten auch überraschende , neue Details , grundsätzlich Aktualisieren des Modells für das 21. Jahrhundert ", sagt Dr. Edward Ruthazer , Senior Investigator der Studie an der Montreal Neurological Institute and Hospital -Die Neuro an der McGill University und der McGill University Health Centre .

    Die Studie, die Multiphotonen- Laser - Scanning-Mikroskopie verwendet, um Zellen im Gehirn von gesunden Tieren zu beobachten , entdeckt, dass asynchrone Brennen , oder " Brennen out of sync " nicht nur verursacht Gehirnzellen , um ihre Fähigkeit, andere Zellen Feuer machen zu verlieren, aber unerwartet , auch ließ sie ihre Ausarbeitung neuer Niederlassungen auf der Suche nach besser abgestimmten Partner drastisch erhöhen . " Die überraschende und völlig unerwarteten Befund ist, dass obwohl NervenschaltungUmbau von asynchronen Stimulation aktiv schwächt Verbindungen , gibt es eine 60% ​​ige Steigerung in Axon Niederlassungen , die zu erkunden sind die Umwelt, sondern diese Sondierungs Zweige sind nicht langlebig ", sagte Dr. Ruthazer .

    Dr. Ruthazer Labor Charts die Bildung von Gehirn-Schaltung während der Entwicklung in der Hoffnung, ein besseres Verständnis der Regeln, die gesunde Gehirnverdrahtungkontrollieren und der fortschreitenden Behandlungen für Verletzungen des Nervensystems und Therapien für neurologische Entwicklungsstörungen wie Autismus und Schizophrenie . Erstaunlich , fast ein Drittel aller 100 Kanadier leidet unter einer dieser Erkrankungen , geschätzt , um die kanadische Wirtschaft über 10 Milliarden Dollar jährlich zusätzlich zur zuzufügen verheerende Auswirkungen auf die Patienten und ihre Familien kosten.

     Asychronous der Augen
    Credit: Wissenschaft . 23. Mai 2014 ; 344 ( 6186 ) : 904-9 . doi: 10.1126 / science.1251593

    Im sich entwickelnden Gehirn hat, zunächst ungenau Verbindungen zwischen Nervenzellen allmählich beschnitten entfernt , so dass Verbindungen, die stärker und spezifisch sind. Diese Ausgestaltung erfolgt als Reaktion auf gemusterten Stimulation aus der Umwelt. " Die Art, wie wir die Welt wahrnehmen als Erwachsene wird direkt von dem, was wir sahen, als wir jünger waren betroffen ", sagt Dr. Ruthazer .

    Team Studien die Entwicklung des Gehirns Dr. Ruthazer in Xenopus Kaulquappen , die den deutlichen Vorteil, dass sie transparent , so dass das Team klar zu sehen, die das Nervensystem im Inneren. Sie haben ein Modell , das sie zu Nervenzelle Umbau in vivo zu beobachten gestattet , in Echtzeit entwickelt, um die Wirksamkeit von Verbindungen zwischen den Zellen zu messen . Optikfasern wurden verwendet, um die Augen der Kaulquappen mit verschiedenen Lichtmustern zu stimulieren , während Bildgebung und der Aufnahme von Nervenzellen Zweigbildung. Asynchrone Stimulation beteiligt blinkt, um jedes Auge zu verschiedenen Zeiten dargestellt , während die synchrone Stimulation beteiligt gleichzeitige Stimulation beider Augen .

    Wichtig ist, Dr. Ruthazer Gruppe hat auch begonnen, die molekularen Mechanismen, die Änderungen im Nervensystem zugrunde liegenden identifizieren. Sie zeigen, dass die Stabilisierung der retinalen NervenzelleZweige durch synchrone Feuern verursacht beinhaltet Signalisierungs stromab der synaptischen Aktivierung einer Neurotransmitter -Rezeptor genannt N- Methyl-D- Aspartat -Rezeptor. Im Gegensatz dazu hat der verbesserte Sondierungswachstum, die mit asynchronen Aktivität tritt anscheinend nicht die Aktivierung dieses Rezeptors erfordern .