Învăţarea asociativă a fost întotdeauna considerată a fi reglată de cortexul cerebelos al cerebelului, adesea numit şi „creierul mic". O nouă cercetare arată că, de fapt, nucleii cerebeloşi au o contribuţie surprinzătoare la acest proces de învăţare.
Dacă o ceaşcă de ceai este aburindă, veţi aştepta un pic mai mult înainte de a bea din ea, iar dacă vă prindeţi degetele la uşă, veţi fi mai atent data viitoare. Acestea sunt forme de învăţare asociativă, în care o experienţă pozitivă sau negativă duce la un comportament de învăţare.
Ştim că cerebelul este important în această formă de învăţare. Dar cum anume funcţionează acest lucru?
Pentru a investiga această problemă, o echipă internaţională de cercetători din Olanda şi Portugalia, a analizat cerebelul şoarecilor.
Cercetătorii au antrenat şoarecii cu doi stimuli diferiţi: o scurtă străfulgerare de lumină, urmată de o suflare uşoară de aer în ochi.
În timp, şoarecii au învăţat că există o asociere între cele două, ceea ce i-a determinat să închidă preventiv ochii atunci când vedeau flash-ul de lumină.
Această paradigmă comportamentală a fost folosită de mulţi ani pentru a explora modul în care funcţionează cerebelul.
Analizând cerebelul, se pot distinge două părţi majore: cortexul cerebelos, sau stratul exterior al cerebelului, şi nucleii cerebelosi, partea interioară. Aceste părţi sunt interconectate.
Nucleii sunt grupuri de celule cerebrale care primesc tot felul de informaţii de la cortex. La rândul lor, aceşti nuclei au conexiuni cu alte zone ale creierului care controlează mişcările, inclusiv închiderea pleoapelor.
„Cortexul cerebelos a fost mult timp considerat ca fiind principalul actor în învăţarea reflexului şi a momentului închiderii pleoapelor. Prin acest studiu, arătăm că închiderea bine sincronizată a pleoapelor poate fi, de asemenea, reglată de nucleii cerebelului", explic[ unul dintre cercet[tori, Robin Broersen.
Cerebelul este influenţat de alte regiuni ale creierului prin intermediul unor conexiuni diferite, precum trei tipuri de axoni care au de-asemenea un rol deosebit: fibrele muşchiforme (ramificate) şi fibrele „căţărătoare” (agăţătoare sau grimpante), care intră în cerebel din afară şi fibrele paralele (care sunt axonii celulelor granulare). Acestea sunt două căi principale în circuitul cerebelos, care-şi are originea în fibrele muşchiforme şi căţărătoare, ambele sfârşindu-se eventual în nucleii intracerebeloşi (Wikipedia).
În experimentul descris mai sus, se crede că fibrele ramificate transportă informaţii de la lumină, iar fibrele căţărătoare transmit informaţii legate de suflul de aer. Aceste informaţii converg apoi în cortex şi în nucleii cerebeloşi.
Echipa olandeză a investigat efectul învăţării asociative asupra acestor conexiuni cu nucleii şi a constatat că fibrele muşchiforme au realizat conexiuni mai puternice cu nucleii la şoarecii care prezentau învăţare asociativă.
Activarea cu lumină
Între timp, echipa portugheză a testat capacitatea de învăţare în nucleii cerebeloşi cu ajutorul optogeneticii - o metodă care foloseşte lumina pentru a controla celulele.
În loc să folosească un flash de lumină obişnuit pentru a antrena şoarecii, cercetătorii au stimulat direct conexiunile cerebrale cu ajutorul luminii, în timp ce au asociat-o cu un suflu de aer la nivelul ochilor animalelor.
Acest lucru a făcut ca şoarecii să-şi închidă pleoapele la momentele potrivite, demonstrând că nucleii cerebeloşi pot sprijini învăţarea bine sincronizată.
Pentru a se asigura că această învăţare are loc efectiv în nuclei, echipa a repetat experimentele la şoareci cu cortexul cerebelos inactivat.
În timpul învăţării, conexiunile dintre celulele creierului se schimbă. Cu toate acestea, nu era clar în ce parte a cerebelului aveau loc aceste schimbări, explică Cathrin Canto, din echipa de cercetare.
Cercetătorii au analizat ce se întâmplă cu fibrele muşchiforme şi cu conexiunile din cortex în timpul învăţării. Ei au descoperit că la şoarecii care învăţau - dar nu şi la cei care nu învăţau - conexiunile de la fibrele muşchiforme şi de la cortex la nuclei au devenit mai puternice.
Tehnologie de ultimă generaţie
Totodată, echipa a vizualizat ce se întâmplă în interiorul celulei, efectuând măsurători electrice în interiorul celulelor nucleare ale unui şoarece viu.
Aceste celule sunt foarte mici, de 10 până la 20 µm, mai mici decât diametrul unui fir de păr uman.
Cu ajutorul unui tub ultrasubţire cu un electrod, ei au reuşit să înregistreze activitatea electrică din interiorul celulelor în timp ce şoarecele îndeplinea sarcina.
La animalele antrenate, expunerea la lumină a făcut ca activitatea electrică din interiorul celulelor nucleilori să se schimbe: celulele deveneau mai active cu cât animalele se apropiau mai mult de suflul de aer din punct de vedere al timpului.
În esenţă, celulele erau pregătite pentru ceea ce urma să se întâmple şi, prin urmare, puteau să-şi îndeplinească activitatea electrică suficient de precis pentru a controla pleoapa chiar înainte ca suflul de aer să fi avut loc.
De la şoareci la om
Deşi această cercetare foloseşte şoareci, anatomia generală a cerebelului este similară între şoareci şi oameni, spun cercetătorii.
Chiar dacă oamenii au mult mai multe celule, echipa se aşteaptă ca aceste conexiuni între celule să fie organizate în acelaşi mod.
Rezultatele ar putea contribui la o mai bună înţelegere a modului în care funcţionează cerebelul şi a ceea ce se întâmplă în timpul procesului de învăţare.
Totodată, constatările conduc la mai multe cunoştinţe despre modul în care leziunile cerebelului afectează funcţionarea, ceea ce ar putea ajuta pacienţii în viitor. Prin stimularea conexiunilor nucleilor cerebeloşi, folosind stimularea cerebrală profundă, ar putea fi posibilă învăţarea de noi abilităţi motorii, au concluzionat cercetătorii.
