Die Entdeckung von Neuronen, welche sich schnell fangen unsere Fehler
Jeder macht wenig täglichen Fehler aus Gewohnheit — ein Kellner sagt, „Genießen Ihre Mahlzeit“, und Sie reagieren mit, „Du auch!“, bevor Sie realisieren, dass die person nicht in der Tat, genießen Sie Ihre Mahlzeit. Zum Glück, gibt es Teile unseres Gehirns, die überwachen unser Verhalten, abfangen von Fehlern und korrigiert Sie schnell.
Ein Caltech-führte das team von Forschern hat nun festgestellt, die einzelnen Nervenzellen, die zugrunde liegen kann diese Fähigkeit. Die Arbeit stellt seltene Aufnahmen von einzelnen Neuronen tief innerhalb des menschlichen Gehirns und hat Auswirkungen für die psychiatrischen Erkrankungen wie Zwangsstörungen.
Die Arbeit war eine Zusammenarbeit zwischen den Labors von Ralph Adolphs (PhD ’93), Bren Professor für Psychologie, Neurowissenschaft und Biologie, und das Allen V. C. Davis und Lenabelle Davis Führung Lehrstuhl und Direktor des Brain Imaging Center, Caltech der Tianqiao und Chrissy Chen-Institut für Neurowissenschaften; und Ueli Rutishauser (PhD ’08), außerordentlicher professor der Neurochirurgie, der Neurologie und der biomedizinischen Wissenschaften, und der Board of Governors Chair in Neurowissenschaften am Cedars-Sinai Medical Center.
„Viele Menschen kennen das Gefühl, einen Fehler zu machen und schnell fangen sich selbst-zum Beispiel, wenn Sie eingeben, und drücken Sie die falsche Taste, Sie erkennen können, dass Sie einen Fehler gemacht haben, ohne auch benötigen, um den Fehler anzuzeigen, der auf dem Bildschirm“, sagt Rutishauser, der auch einen Besuch associate in Caltech Division of Biology and Biological Engineering. „Dies ist ein Beispiel dafür, wie wir uns selbst überwachen unsere eigenen split-Sekunden-Fehler. Nun, mit dieser Forschung, wir wissen, welche Neuronen sind daran beteiligt, und wir beginnen, um zu lernen mehr über, wie die Aktivität dieser Neuronen hilft, uns zu verändern, unser Verhalten zu korrigieren.“
In dieser Arbeit, geführt von Caltech graduate student Zhongzheng (Brooks) Fu, die Forscher gerichtet sind, um ein genaueres Bild von dem, was passiert auf der Ebene der einzelnen Nervenzellen, wenn eine person fängt sich nach einen Fehler zu machen. Um dies zu tun, Sie studierte Leute, die haben dünne Elektroden vorübergehend in Ihre Gehirne implantiert (ursprünglich zu helfen, die Lokalisierung von epileptischen Anfällen). Die Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit Neurochirurgen Adam Mamelak, professor für Neurochirurgie am Cedars-Sinai, der geführt hat-Elektroden-Implantationen für die klinische überwachung von Epilepsie seit über einem Jahrzehnt eng zusammen an der Forschung Studien.
Während die neuronale Aktivität wurde gemessen in Ihrer medialen frontalen Kortex (MFC), einer Hirnregion, die bekanntermaßen beteiligt error monitoring, dem Epilepsie-Patienten erhielten eine so genannte Stroop-Aufgabe abzuschließen. In dieser Aufgabe wird ein Wort auf einem Computerbildschirm angezeigt werden, und die Patienten werden gebeten, zu identifizieren, die Farbe des Textes. Manchmal, den text und die Farbe sind die gleichen (das Wort „grün“ zum Beispiel, ist in grün dargestellt). In anderen Fällen, das Wort und der Farbe Verschieden sind („grün“ wird rot angezeigt). Im letzteren Fall, die richtige Antwort wäre „rot“, aber viele Leute machen den Fehler zu sagen: „grün.“ Dies sind die Fehler, die die Forscher untersuchten.
Die Messungen konnte das team, zu identifizieren bestimmte Neuronen im MFC, genannt self-monitoring-Fehler Neuronen, würde das Feuer sofort, nachdem eine person einen Fehler gemacht, gut, bevor Sie gegeben wurden Rückmeldungen über Ihre Antwort.
Für Jahrzehnte haben Wissenschaftler untersucht, wie Menschen sich selbst erkennen von Fehlern mithilfe von Elektroden auf der Oberfläche des Schädels, die Messen, das Aggregat elektrische Aktivität von tausenden von Neuronen. Diese sogenannten elektroenzephalogrammen zeigen, dass eine bestimmte Gehirnwellen-Signatur, der genannte Fehler-bezogene Negativität (ERN), ist allgemein-gesehen auf den Schädel, über den MFC rechts, nachdem eine person einen Fehler macht. In Ihren Experimenten, Fu und seine Kollegen gleichzeitig gemessen ERN sowie die Entlassung einzelner Fehler Neuronen.
Sie entdeckten zwei grundlegend neue Aspekte der ERN. Zuerst ein Fehler neuron ist, die Aktivität war positiv korreliert mit der amplitude der ERN: je größer die ERN für einen bestimmten Fehler, desto aktiver waren die Fehler Neuronen. Dieser Befund zeigt, dass eine Beobachtung der ERN — eine nicht-invasive Messung — liefert Informationen über den Grad der Aktivität der Fehler Neuronen gefunden tief innerhalb des Gehirns. Zweitens fanden Sie heraus, dass diese ERN-single-neuron-Korrelation, die wiederum Vorhersagen, ob die person Ihr Verhalten ändern — das heißt, wenn Sie verlangsamen würde und mehr Fokus um zu vermeiden, dass ein Fehler auf Ihrer nächsten Antwort. Wenn der Fehler Neuronen feuerten aber die Gehirn-Breite ERN Signatur wurde nicht gesehen oder war zu schwach, könnte die person noch erkennen, dass Sie einen Fehler gemacht, aber Sie würde sich nicht ändern, Ihr Verhalten für die nächste Aufgabe. Dies deutet darauf hin, dass der Fehler Neuronen, die miteinander kommunizieren müssen Ihre Fehler-Erkennung eine große Gehirn-Netzwerk, um Einfluss auf das Verhalten.
Die Forscher fanden weitere konkrete Anhaltspunkte für Teile der Schaltung beteiligt.
„Wir gefunden Fehler Neuronen in zwei verschiedenen teilen des MFC: dem dorsalen anterioren Cingulum (dACC) und der pre-Ergänzende Motorische AREAL (Prä-SMA),“ sagt Fu. „Die Fehler-signal erschien in der pre-SMA 50 Millisekunden früher als in den dACC. Aber nur in der dACC war die Korrelation zwischen der ERN und Fehler Neuronen predictive, ob eine person Ihr Verhalten modifizieren. Dies zeigt eine Hierarchie der Verarbeitung-eine organisatorische Aufbau der Schaltung im single-neuron-Ebene, ist wichtig für die Exekutive Kontrolle des Verhaltens.“
Die Forschung könnte auch Konsequenzen für das Verständnis obsessive-compulsive Störung, ein Zustand, in dem eine person ständig versucht zu korrigieren wahrgenommenen „Fehler“. Zum Beispiel, einige Personen mit dieser Erkrankung fühlen sich die Notwendigkeit, um wiederholt zu prüfen, in kurzer Zeit, wenn Sie verriegelt Ihre Tür. Einige Menschen mit Zwangsstörungen haben gezeigt worden, um eine ungewöhnlich große ERN-potential, was darauf hinweist, dass Fehler-monitoring-Schaltung ist überaktiv. Die Entdeckung der Fehler Neuronen erleichtern könnten neue Behandlungsmethoden zu unterdrücken, überaktivität.
Die Forscher nächste Hoffnung zu ermitteln, wie die Informationen aus Fehler Neuronen fließt durch das Gehirn, um zu produzieren Verhaltensänderungen wie Verlangsamung und Fokussierung. „Wir haben bisher identifizierte zwei Regionen des Gehirns im frontalen cortex, die scheinbar Teil einer Sequenz von Verarbeitungsschritten, aber, natürlich, die gesamte Schaltung wird sehr viel komplexer sein als das“, sagt Adolphs. „Eine wichtige zukünftige avenue wird zu kombinieren Studien, die eine sehr feine Auflösung, wie dieser, mit der Studien mit fMRT [functional magnetic resonance imaging], die uns eine ganz-Hirn-field of view.“