Dansende ratten onthullen hoe de hersenen onbewust Bekwame bewegingen perfectioneren

BALTIMORE — Het perfectioneren van complexe bewegingen, zoals het bespelen van een instrument of het strikken van je schoenen, komt allemaal neer op één ding — oefenen, oefenen, oefenen. Wat dit proces interessant maakt is de manier waarop onze hersenen hun eigen flair op deze repetitieve taken zetten. Nu, een nieuwe studie met “dansende” ratten laat zien hoe de hersenen omgaan met het leren en perfectioneren van complexe vaardigheden.

Een team van de Universiteit van Maryland School Of Medicine ontdekte dat verschillende hersengebieden samenwerken om te leren hoe je elke keer specifieke taken feilloos kunt uitvoeren-zoals het vastbinden van een schoen. Bovendien vonden ze dat elke rat hun eigen persoonlijke “dans” toevoegde aan de oefening die hen hielp zich de repetitieve handelingen te herinneren.

“Naast het volgen van onze fundamentele nieuwsgierigheid om erachter te komen hoe de hersenen werken en hoe we bewegingen leren, heeft ons werk veel directe toepassingen. Het begrijpen van de omstandigheden waaronder gezonde hersenen leren bepaalt hoe mensen moeten trainen voor hoogopgeleide activiteiten zoals bepaalde sporten, ” zegt Steffen Wolff, PhD, een UMSOM universitair universitair docent farmacologie, in een universiteitsuitgave. “Wat nog belangrijker is, op een dag zullen hopelijk de inzichten uit dit basisonderzoeksprogramma mensen helpen met hersenbeschadiging of ziekten die bewegingen beïnvloeden.”

De ‘choreografie’ van het brein afbreken

De auteurs van de studie zeggen dat ze ratten hebben getraind om te onderzoeken hoe de hersenen nieuwe vaardigheden leren en uitvoeren. In het nieuwe experiment moesten de ratten op een bepaalde manier een hendel indrukken om water te drinken.

Net zoals honkbalspelers hun eigen bijgelovige bewegingen ontwikkelen voordat ze een worp gooien of in de slagman ‘ s box stappen, kwamen de ratten met hun eigen kleine routine nadat ze met succes hadden geleerd hoe ze de hendel moesten indrukken.

“Tijdens het leerproces ontwikkelen ze een dansje en komt elke rat met zijn eigen choreografie,” meldt Dr.Wolff. “Nadat ze hun techniek hebben geperfectioneerd, blijven ze doen wat voor hen werkte bij het leren: een dier krabt aan de muur, een ander tikt met zijn voet, een ander steekt zijn tong uit, terwijl hij tegelijkertijd op de hendel drukt.”

In eerdere studies hebben de onderzoekers de motorische cortex van een rat beschadigd, de buitenste laag van de hersenen. Als gevolg daarvan konden ratten hun dansen niet leren gebonden aan een bepaalde beweging. Echter, zodra de dieren een dans leerden, waren ze in staat om die bepaalde vaardigheid te voltooien, zelfs zonder dat hersengebied te gebruiken.

In een andere studie ontdekte het team een ander hersengebied dat van vitaal belang is voor het leren van complexe taken — de basale ganglia. Dit gebied zit diep in de hersenen en wetenschappers geloven dat aandoeningen zoals de ziekte van Parkinson het beschadigen.

Hun nieuwste experiment bracht beide bevindingen samen om te onderzoeken of de motorische cortex de basale ganglia leert om nieuwe vaardigheden te repliceren. Het team gebruikte virussen om de verbindingen tussen deze hersengebieden te sluiten. De resultaten tonen aan dat zonder de motorische cortex die de basale ganglia onderwijst, de rat geen dans voor zijn vaardigheden kon ontwikkelen.

Terug naar de basis wanneer de hersenen stoppen met functioneren

In de studie werd ook gekeken naar de relatie tussen de basale ganglia en een ander hersengebied — de thalamus. Toen het team virussen gebruikte om de verbinding tussen deze twee regio ‘ s te verstoren, konden ratten nog steeds op de hendel drukken om water te ontvangen, maar verloren hun unieke dansen volledig.

In plaats daarvan, de ratten viel terug in de eerste gewoonten van willekeurig slaan op de hendel met hun armen totdat ze de schakelaar correct. Dr. Wolff gelooft dat deze simplistische bewegingen het werk zijn van meer fundamentele gebieden van de hersenen, zoals de hersenstam.

“Dit werk helpt om de logica te onthullen van hoe individuele hersengebieden samenwerken om vaardigheidsleren en uitvoeren te controleren, een eerste stap in onze zoektocht om patiënten te helpen behandelen met motorische bewegingsstoornissen zoals de ziekte van Parkinson, en verwondingen van trauma of beroerte aan de motorische controlerende delen van de hersenen,” concludeert Dean E. Albert Reece, MD, PhD, MBA, Executive Vice President for Medical Affairs bij UM Baltimore.

De studie wordt gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappelijke Vooruitgang.

Add Comment