Ptaki i ssaki mają w mózgu taki sam obwód uczenia się
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."
Kraje
Izrael, Stany Zjednoczone