Es mag kompliziert sein, aber das Konzept ist so einfach wie ein Lichtschalter.
Ein team von Forschern, angeführt von zwei Harvard-alumni entdeckt eine switch-ähnlichen Mechanismus im Gehirn der Larven von zebrafischen, die dreht Ihre Gehirne zwischen zwei unterschiedlichen motivationalen Zustände—man eine sehr konzentrierte Jagd-Zustand und der andere ein leicht abgelenkt, explorative Zustand.
Die Ergebnisse, die Sie ausführlich in der Zeitschrift Natur, können Sie beginnen, um Licht auf, wie das Gehirn schaltet zwischen internen Zuständen und koordiniert diese Gehirn-weite Verlagerung, was zu dramatischen Veränderungen in motivation, Konzentration und Verhalten für bestimmte Zeiträume.
„Sobald Sie mehr als ein Ziel im Leben, die das Gehirn zu lösen hat], Sie haben ein Tauziehen. Sie haben einen Konflikt“, sagte Drew Robson, Ph. D. ’13, eine der Hauptautoren und ein ehemaliger fellow an der Harvard Rowland-Institut, wo die meisten der Forschung fand. „Das Gehirn muss die Möglichkeit haben, zu entscheiden, wer ist eigentlich zuständig, gerade jetzt. Das Ziel priorisiere ich in diesem moment in der Zeit?“
Wie das Gehirn das macht, haben lange Zeit ein Rätsel, denn es passiert tief in das Gehirn, wo es ist schwer zu Bild, vor allem in komplexen Tieren wie Menschen. Das ist einer der Gründe, Zebrafisch geworden sind Modellorganismen für die Hirn-Forscher, wie Robson. Ein Zebrafisch-Larven, die mit 100.000 Neuronen in seinem Gehirn und dem limbischen system, ähnlich wie beim Menschen, hat dünne und durchsichtige Haut, die es Wissenschaftlern ermöglicht, zu analysieren, Ihre neuronale Aktivität, die mit einem Mikroskop.
In der Studie, die Forscher beschreiben mit einem tracking-Mikroskop zu lokalisieren, einen hub von serotonergen Neuronen tief im Gehirn von zebrafischen, wo Sie glauben, der Schalter liegt, dass Kontrollen dieser Art von Entscheidung. Dieser hub ist im Zebrafisch die dorsalen raphe, einem kleinen cluster von Neuronen, sitzt an der Basis des Gehirns und hat eine Reichweite, die sich durch die meisten des Gehirns. Diese Neuronen wirken als master-regler für die Zebrafisch-der motivationale Zustand.
In Zebrafisch, der Schalter ein Mechanismus, den die Forscher untersuchten Blasten ein starkes signal, dass die Forscher glauben fördert bestimmte Verhaltensweisen und Handlungen unterdrücken, während andere für eine gewisse Zeit.
„Normalerweise, wenn Sie denken Sie daran, wie Nervenzellen miteinander reden, Sie haben ein neuron, das macht eine selektive Gruppe von verbindungen zu anderen Neuronen. Das ist nicht, wie diese Zellen arbeiten,“ sagte Jennifer Li, Ph. D. ’13, andere führen Autor und auch ein ehemaliger fellow am Rowland Institute. „Wenn diese Zellen Feuer, fast alle anderen Zellen in Ihrem Gehirn hören. Sie sind nicht ein Weg, um zu kommunizieren eng von einem Informationskanal zu einem anderen. Sie senden ein signal wird ausgestrahlt, um Ihre gesamte Gehirn.“
Dies macht Sinn,, Li sagte, weil diese Art von system ist genau das, was benötigt wird, um einen globalen Zustand des Gehirns. Es ist auch interessant, dass das Gehirn setzt natürlich einen timer für diese, fügte Sie hinzu.
Wenn ein Zebrafisch die Priorität ist, um zu jagen, die Schaltung springt in Aktion, so dass der Zebrafisch nicht nur motivierter, sondern ein effektiver Jäger ist, weil Zellen im Gehirn, verstärken die motorischen Funktionen in Zusammenhang mit der Jagd—wie sehr präzise stellt —sind auch erhöht. Dieser Zustand dauert etwa 5 bis 8 Minuten und in einem Diagramm sieht aus wie ein Dreieck. „Es schießt bis zu einem wirklich hohen Niveau und langsam verklingt, wie das entladen einer Batterie,“ Robson gesagt.
In die entgegengesetzte Zustand, wenn das signal vollständig entladen, Fähigkeiten und Wünsche im Zusammenhang mit der Jagd werden unterdrückt und das Tier scheint mehr daran interessiert, in der Erforschung seiner Umwelt und auf größeren Entfernungen. In diesem Zustand, auch wenn der Zebrafisch ist hungrig und präsentiert mit Beute, es wird routinemäßig unaufmerksam, um es, indem Sie einen anderen Satz von internen Prioritäten. In der Tat, wenn er versucht zu jagen, die in der explorativen Status, berichten die Forscher der Fisch ist eher zu Versagen.
Die Forscher vermuten, dass die Zebrafisch macht dieser Schalter, denn es ist die Balance zwischen zwei konkurrierenden Prioritäten: Essen und nicht gegessen. Die Ergebnisse call-in-spielen die Fragen, wie lange eine fokussierte Zustand kann beibehalten werden und sogar gesteuert werden.
„Sie wollen nicht, ein Tier zu sein, perfekt ausgerichtet für eine unendliche Menge Zeit, denn das ist es nicht, wie ein Tier, um zu überleben in der Welt“, sagte Li. „Sie müssen wechseln, von diesem Staat, so dass Sie abwägen können alle Ihre anderen Ziele im Leben.“
Das design des experiment—begonnen am Rowland Institute im Jahr 2017, in dem die Forscher führten eine gemeinsame Labor-und beendete diese im September, nachdem Sie zog Ihren Labor der Max-Planck-Institut für Biologische Kybernetik in Deutschland—wurde bewusst einfach gehalten. Die tracking-Mikroskop folgte der Zebrafisch in einer arena, die mehr als acht mal die Ihre Körper-Größe, während Sie geschwommen und gejagt, ohne Unterbrechung, für 50-80 Minuten. Die Forscher setzten die Beute (paramecia) in der gleichen arena und dann beobachtet, was der Zebrafisch hat. Wenn Sie analysiert die neuronalen Daten, Sie entdeckten den Zusammenhang zwischen der Dynamik des Schalt Mechanismus und die Tiere Verhalten. Die treibende Frage war, ob diese Jagd-oder-Beute-Verhalten, zufällig war oder mehr organisiert.
Die Ergebnisse werfen Fragen über, wie verschiedene Bereiche des Gehirns hören und deuten Signale der regler-wie hub.
„Was wir denken, dass, basierend auf den Ergebnissen aus dem Papier, ist, dass selektiv Teile des Gehirns stärker aktiviert als Reaktion auf das gesendete signal, sondern auch andere Zellen im Gehirn unterdrückt werden, indem das gleiche signal.“ Robson sagte. „So, obwohl Sie Rundfunk die gleiche Nachricht, wie es interpretiert wird, scheint stark variieren, in verschiedenen Zellen im Gehirn.“
Die Forscher hoffen, dass diese Implikationen, zusammen mit, warum und wie dieser Wechsel-Mechanismus beibehalten wurde, über die evolution, kann analysiert werden, in zukünftigen Studien. Serotonerge Zellen vorhanden sind, im gesamten Tierreich, von Würmern zu Fischen bis zu Säugetieren, und es ist belegt, dass Würmer haben können, ist eine vereinfachte version des brain-state-Schalter, und Säugetiere, einschließlich des Menschen, eine komplexere. Obwohl eine große Schwierigkeit wird sein, umfassend die Aufnahme tiefen Regionen des Gehirns wie der dorsalen raphe, die in der mehr-komplexe Tiere, die die Forscher hoffen, dass Ihre Erkenntnisse verwendet werden können, zu identifizieren und zu studieren, andere interne-state-Schalter.