Forscher entdecken, wie das Gehirn Veränderungen beim erlernen einer neuen Fertigkeit

Mastering neue Fähigkeiten—egal ob eine Sportart, ein instrument oder ein Handwerk—braucht Zeit und training. Während es wird davon ausgegangen, dass ein gesundes Gehirn ist in der Lage zu lernen, diese neuen Fähigkeiten, wie das Gehirn Veränderungen, um die Entwicklung neuer Verhaltensweisen ist ein relatives Rätsel. Genauere Kenntnis der zugrunde liegenden neuronalen schaltkreise letztendlich die Verbesserung der Lebensqualität von Menschen, die gelitten haben-Hirn-Verletzungen, indem Sie leichter wieder lernen, alltägliche Aufgaben.

Forscher von der University of Pittsburgh und Carnegie Mellon University veröffentlichte vor kurzem einen Artikel in PNAS , die zeigt, was im Gehirn passiert, wie die Lernenden Fortschritte von Anfänger bis zum Experten. Sie entdeckten, dass neue neuronale Aktivitätsmuster entstehen, die mit langfristigen Lern-und etablierte einen ursächlichen Zusammenhang zwischen diesen mustern und neuen Verhaltens Fähigkeiten.

Die Forschung wurde durchgeführt, als Teil der Mitte für die Neurale Basis des Erkennens, eine cross-institutional research und education-Programm, nutzt die stärken der Pitt in der Grundlagen-und klinischen Neurowissenschaften-und Bioingenieurwesen, mit denen der CMU in kognitive und computational neuroscience.

Das Projekt wurde gemeinsam betreut von Aaron Batista, außerordentlicher professor von Biotechnik an Pitt; Byron Yu, associate professor für elektrische und computer engineering und biomedizinische Technik an der CMU; und Steven Chase, associate professor der biomedizinischen Technik und der Neuroscience Institute an der CMU. Die Arbeit führte Pitt Biotechnologie postdoctoral associate Emily Oby.

„Früher haben wir ein brain-computer-interface (BCI), das schafft eine direkte Verbindung zwischen dem Thema der neuronalen Aktivität und der Bewegung eines computer-cursor“, sagte Oby. „Wir nahmen die Aktivität von rund 90 neuronale Einheiten in den arm-region des primären motorischen Kortex von Rhesus-Affen, wie Sie durchgeführt werden-eine Aufgabe, die Sie benötigt, um den cursor zu bewegen, um richten Sie die Ziele auf dem monitor.“

Um zu bestimmen, ob die Affen würden bilden sich neue neuronale Muster, die Sie gelernt, die Arbeitsgruppe ermutigt, die Tiere zu versuchen, eine neue BCI-skill und dann im Vergleich die Aufnahmen zu den bereits vorhandenen neuronalen mustern.

„Wir haben zum ersten mal vorgestellt der Affe mit dem, was wir nennen eine „intuitive mapping‘ von Ihrer neuronalen Aktivität, um den cursor, arbeitete mit, wie Ihre Neuronen natürlich Feuer und welche nicht verlangen, alle lernen“, sagte Oby. „Wir haben dann induziert lernen durch die Einführung einer Fertigkeit in form eines neuartigen mapping erforderlich, dass das Thema um was zu lernen, neuronale Muster, die Sie benötigen, zu produzieren, um den cursor verschieben.“

Wie lernen die meisten Fähigkeiten, die Gruppe BCI Aufgabe nahm mehrere Sitzungen in der Praxis und ein wenig coaching auf dem Weg.

„Wir haben entdeckt, dass nach einer Woche, unser Thema war in der Lage zu lernen, wie um den cursor zu Steuern“, sagte Batista. „Das ist Auffällig, weil durch den Bau, wir wussten von Anfang an, dass Sie nicht über die neuronalen Aktivitätsmuster erforderlich, um diese Fertigkeit. Sicher genug, wenn wir uns auf die neuronale Aktivität wieder nach dem lernen haben wir gesehen, dass neue Muster der neuronalen Aktivität erschienen war, und diese neuen Muster sind das, was aktiviert den Affen um die Aufgabe zu erfüllen.“

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Prozess für den Menschen zur Erlernung einer neuen Fähigkeit könnte auch die Generierung von neuen neuronalen Aktivitätsmuster.

„Aber wir suchen auf diesem eine bestimmte Aufgabe in der Tier-Themen, wir glauben, dass dies ist vielleicht, wie das Gehirn lernt viele neue Dinge,“ sagte Yu. „Betrachten Sie lernen, die finger-Geschicklichkeit benötigt, um zu spielen ein Komplexes Stück auf dem Klavier. Vor der Praxis, die Ihr Gehirn noch nicht fähig ist, die entsprechenden Aktivitätsmuster zu erzeugen, die gewünschte finger-Bewegungen.“