Lernen aus Erfahrung ist alles in der Zeit
Wie Tiere Ihre Umwelt erkunden können, lernen Sie, es zu meistern. Zu entdecken, was klingt tendenziell vorausgehen predatorial Angriff, zum Beispiel, oder was riecht vorherzusagen, Abendessen, entwickeln Sie eine Art biologische Hellsehen-ein Weg, um zu antizipieren, was als Nächstes kommt, basiert auf dem, was bereits durchgesickert. Nun, Rockefeller-Wissenschaftler haben herausgefunden, dass ein Tier die Ausbildung stützt sich nicht nur auf das, was Sie erlebt, erwirbt, aber auch , wenn es erwirbt Sie.
Studiert Fruchtfliegen, zeigten die Forscher, dass eine einzige Geruch werden können, die entweder reizvoll oder widerlich ein Tier, je nachdem, Wann der Geruch Auftritt, die relativ zu einer Belohnung. Die Studie, beschrieben in einem Bericht in der Zelle, zeigt auch, dass die Tiere schnell überarbeiten Sie diese Erinnerungen, und zeigt, wie dieser Prozess entfaltet sich auf zellulärer Ebene — Einblicke, die wahrscheinlich beziehen sich nicht nur zum Fliegen, sondern zum lernen über dem Tierreich.
Was kam zuerst?
Speicher, auf seinem grundlegendsten Niveau, kommt es zu einer Reihe von Assoziationen: eine Glocke läuten, bevor Sie einen Hund füttern, und irgendwann wird der Hund lernen, zu hungrig auf den Klang der Glocke allein.
„In diesem Fall, die Glocke vor dem Essen und ist daher predictive Belohnung“, sagt Annie Handler, eine graduate fellow im Labor von Vanessa Ruta, die Gabrielle H. Reem und Herbert J. Kayden Associate Professor. „Aber wir vermuteten, dass es nicht nur eine Reihenfolge von Ereignissen, die Tiere finden signifikante. Sie sollten auch in der Lage sein extrahieren Bedeutung von cues, die Folgen, eine Belohnung.“
Zum Beispiel, wenn ein Hund hört eine Glocke nach seiner Mahlzeit abschließt, dann sollte es sich entwickeln eine negative Assoziation mit diesem sound, wie er bezeichnet das Ende der chow-chow. In der Hoffnung, besser zu verstehen, wie timing auf Speicher, Ruta und Hundeführer untersuchten die Gehirne und das Verhalten von Fruchtfliegen.
Anstatt die Versorgung der Tiere mit leckereien, die Forscher verwendeten eine Technik namens optogenetik zu stimulieren Neuronen, die normalerweise aktiv werden, wenn ein Tier erhält eine Belohnung, ein Ansatz, der erlaubt Ihnen, genau zu Steuern das timing positives feedback. Sie fanden, dass, wenn diese Neuronen stimuliert wurden, sofort nach einer ansonsten neutralen Geruch, die Fliegen entwickelt eine Attraktion zu riechen. Umgekehrt, wenn Sie aktiviert die Neuronen nur bevor Sie fliegt an den gleichen Geruch, der Tiere begann, es zu vermeiden.
„Der Unterschied in der Zeit nur ein oder zwei Sekunden, doch der fliegt Formular vollständig gegnerischen Verbände“, sagt Handler. „Irgendwo im Gehirn, die Differenz von einer Sekunde-ob der Geruch kommt vor oder nach der Belohnung, macht einen riesigen Unterschied.“
Die Tatsache, dass Gehirne haben einen Sinn für timing kann intuitiv scheint; aber genau wie Neuronen Kodieren die Sequenz der Ereignisse auf zellulärer Ebene ist weit aus der Hand. Relativ klein und einfach, die Fliegen Gehirn bietet eine einzigartige Gelegenheit zum Studium der neuronalen schaltkreise, welche die Grundlage dieses Phänomen-und das ist genau das, was Ruta und Hundeführer haben.
Neu Erinnerungen
Um zu bestimmen, wie fliegt wirklich unterscheiden, das timing von Ereignissen, die Forscher überwacht änderungen in einer Hirnregion namens der Pilzkörper. Bekannten, sich im assoziativen lernen, dieser Bereich enthält Kenyon-Zellen, die Geruch-Signale, die Dopamin-Neuronen, die tragen belohnen Signale und die output-Neuronen regulieren, dass eine fliege, die Anziehungskraft auf einen Geruch.
Kenyon-Zellen kann entweder stark oder schwach verbunden, um die Ausgabe-Neuronen; und Dopamin-tunes die Stärke dieser verbindungen oder Synapsen. Wenn ein Kenyon-Zelle die Erkennung eines bestimmten Geruchs bildet eine schwache Verbindung mit einem output-neuron, das Tier wird angezogen, der Geruch; wenn diese synapse wächst stärker, aber der Geruch wird bedeutungslos, oder gar aversive auf das Tier. Die Analyse dieser Art von Verbindung, Ruta und Handler identifiziert einen Signalweg, der kann entweder stärken oder Schwächen Synapsen, je nach dem moment, wenn die Dopamin-Neuronen aktiv.
„Dieser Signalweg ist an der Zeit empfindlich, also, ob die Dopamin-neuron wird aktiviert, bevor oder nachdem ein Duft, der macht einen entscheidenden Unterschied in der Stärke der verbindungen zwischen den Zellen im Pilzkörper“, sagt Ruta. „Und wir glauben, dies ist der Mechanismus, durch den das Gehirn zahlen in der Abfolge der Ereignisse.“
Durch basteln mit diesem Weg, den die Forscher fanden auch, dass Sie schnell machen starke Synapsen schwach und Umgekehrt, was darauf hindeutet, dass die Erinnerungen ausgelöscht werden können, nur so schnell, wie Sie gebildet sind. Und wenn Sie analysiert, Fliegen, Verhalten, fanden Sie ein weiterer Beweis für die Fähigkeit zu überarbeiten, geistige Assoziationen.
„Wir führten 50 Studien. Jedes mal wechselten wir das timing der Geruch relativ zum Lohn;… und jedes mal, das Tier wurde mehr oder weniger angezogen von dem Geruch, je nachdem, was es erlebt hatte, eine minute vor“, sagt Handler.
In anderen Worten, selbst wenn eine fliege hatte zuvor gelernten zu verknüpfen, einen Geruch mit der Belohnung, könnte es schnell wieder verlernen, dass der Verein, wenn der Geruch konnte nicht Vorhersagen Belohnung in zukünftigen Studien. Erinnerungen sind nicht in Stein gemeißelt; vielmehr sind Sie gesetzt in Synapsen, die geändert werden können, da ein Tier die Umgebung und die Erfahrungen ändern. In der Tat, dieses experiment unterstreicht, dass unser überleben hängt nicht nur von der Fähigkeit, Erinnerungen, aber auch zu vergessen.
„Es gibt so viele Dinge, die wir erinnern konnte, auf einer täglichen basis, so dass wir halten, um die Erinnerungen, die herausstellen, prädiktive; und wir werfen aus Assoziationen, sind falsch oder irrelevant“, sagt Ruta. „Wenn Sie Leben in einer dynamischen Umwelt –, die beide Fliegen und Menschen tun-das scheint wie eine sehr gute Strategie.“