Kajian Realiti Maya Tikus Memberi Petunjuk Baru pada Ingatan
Kaedah penyelidikan baru yang menggabungkan realiti maya dan pencitraan otak digunakan untuk mengetahui bagaimana otak membentuk kenangan jangka pendek yang digunakan dalam membuat keputusan.
Penyelidik Universiti Princeton mengkaji tikus ketika mereka merundingkan labirin maya. Dengan mengikuti aktiviti otak tikus, mereka menemui corak aktiviti neuron yang berurutan ketika otak menahan ingatan.
Penyelidikan sebelumnya berpusat pada idea bahawa populasi neuron menyala bersama dengan corak yang serupa antara satu sama lain semasa tempoh ingatan.
Penemuan menerangkan apa yang berlaku di otak semasa "memori kerja," ketika minda menyimpan maklumat untuk jangka waktu yang pendek sebelum bertindak atau menggabungkannya dengan maklumat lain.
Memori kerja adalah komponen utama penaakulan, pemahaman dan pembelajaran. Gangguan otak tertentu seperti skizofrenia dianggap melibatkan kekurangan dalam ingatan kerja.
“Kajian seperti ini bertujuan untuk memahami prinsip asas aktiviti saraf semasa ingatan bekerja di otak normal. Namun, karya tersebut pada masa akan datang dapat membantu para penyelidik untuk memahami bagaimana aktiviti dapat diubah dalam gangguan otak yang melibatkan kekurangan dalam ingatan kerja, ”kata penyelidik David Tank, Ph.D.
Dalam kajian ini, corak penembakan neuron berurutan sesuai dengan sama ada tetikus akan membelok ke kiri atau kanan ketika menavigasi labirin untuk mencari hadiah. Corak yang berbeza sesuai dengan keputusan yang berbeza yang dibuat oleh tikus, para penyelidik Princeton mendapati.
Corak penembakan neuron berurutan merangkumi tempoh kira-kira 10 saat yang diperlukan tetikus untuk membentuk memori, menyimpannya dan membuat keputusan tentang cara berpusing mana. Sepanjang tempoh ini, subset neuron yang berbeza diperhatikan secara berurutan.
Penyelidik mengatakan penemuan itu berbeza dengan banyak model yang ada mengenai bagaimana otak menyimpan kenangan dan membuat keputusan.
Keunikan urutan putaran kiri dan kanan membelokkan bahawa eksperimen pencitraan otak pada dasarnya membolehkan para penyelidik melakukan bentuk sederhana "membaca minda." Dengan mencitrakan dan memeriksa aktiviti otak pada awal tikus di bawah labirin, para penyelidik dapat mengenal pasti urutan aktiviti saraf yang dihasilkan dan dapat dengan pasti meramalkan cara tikus akan berpusing beberapa saat sebelum giliran benar-benar bermula.
Urutan aktiviti saraf yang ditemui dalam kajian baru itu berlaku di bahagian otak yang disebut korteks parietal posterior. Kajian sebelumnya pada monyet dan manusia menunjukkan bahawa korteks parietal posterior adalah bahagian otak yang penting untuk perancangan pergerakan, perhatian spatial dan membuat keputusan.
Kajian baru adalah yang pertama menganalisisnya dengan tetikus. "Kami berharap dengan menggunakan tetikus sebagai sistem model kami, kami akan dapat menggunakan pendekatan genetik yang kuat untuk memahami mekanisme proses kognitif yang kompleks," kata pengarang bersama Christopher Harvey, Ph.D.
Aspek unik dari kajian ini adalah penggunaan realiti maya untuk membuat labirin, dan bukannya labirin fizikal tradisional. Pendekatan ini telah dikembangkan di makmal Tank selama beberapa tahun terakhir.
Tikus berjalan dan berlari di permukaan treadmill sfera sementara kepalanya tetap pegun di angkasa, yang sangat sesuai untuk pencitraan otak. Pandangan yang dihasilkan oleh komputer dari persekitaran maya diproyeksikan ke layar sudut lebar di sekitar treadmill. Gerakan sfera yang dihasilkan oleh tikus berjalan dan berpusing dikesan oleh sensor optik di khatulistiwa bola dan digunakan untuk mengubah paparan visual untuk mensimulasikan gerakan melalui persekitaran maya.
Untuk menggambarkan otak, para penyelidik menggunakan mikroskop optik yang menggunakan sinar laser inframerah untuk melihat jauh di bawah permukaan untuk memvisualisasikan populasi neuron dan merakam penembakan mereka.
Sistem realiti maya, digabungkan dengan sistem pencitraan dan sensor kalsium, membolehkan para penyelidik melihat populasi neuron individu yang menembak di otak yang berfungsi. "Sepertinya kita membuka komputer dan melihat ke dalam semua isyarat untuk mengetahui cara kerjanya," kata Tank.
Penyiasat mengakui bahawa kajian populasi neuron individu, yang disebut pengukuran resolusi selular, sangat mencabar kerana otak mengandungi berbilion neuron yang dikemas rapat.
Instrumentasi yang dikembangkan oleh makmal Tank adalah salah satu dari sedikit yang dapat merakam penembakan sekumpulan neuron individu di otak ketika subjek terjaga. Sebilangan besar kajian mengenai fungsi otak pada manusia melibatkan aktiviti kajian di seluruh kawasan otak menggunakan alat seperti pencitraan resonans magnetik (MRI) yang rata-rata mengumpulkan aktiviti ribuan neuron.
"Data menunjukkan dengan jelas bahawa sekurang-kurangnya beberapa bentuk memori jangka pendek didasarkan pada urutan neuron yang menyampaikan maklumat dari satu ke yang lain, semacam 'Briged bucket neuronal,'" kata Christof Koch, seorang ahli sains saraf yang tidak terlibat dalam kajian.
Kajian ini telah diterbitkan dalam talian dalam jurnal Alam semula jadi.
Sumber: Universiti Princeton
