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Wie man ein Gehirn zwischen zufälligem und strategischem Denken dreht

Am Janelia Research Campus des Howard Hughes Medical Institute behaupten Wissenschaftler, gezeigt zu haben, dass das Gehirn in der Lage ist, vergangene Erfahrungen zeitweilig von Entscheidungshirnregionen zu trennen. Die Folge dieser Trennung ist, dass entscheidungsbildende Lektionen aufgegeben werden, was zu einem zufälligen Verhalten führt.
Um eine unvorhersehbare Umgebung zu schaffen, platzierten die Forscher Ratten in einem Wettbewerbsumfeld, in dem ein Computer feststellte, welches von zwei verfügbaren Löchern im Habitat eine süße Behandlung für die Ratten erzeugen würde.

Die Forscher sind der Ansicht, dass zufälliges Verhalten in manchen Fällen der erfahrungsbasierten Entscheidungsfindung tatsächlich vorzuziehen ist. Zum Beispiel könnte ein Tier die beste Chance haben, Raub zu vermeiden, wenn es sich unvorhersehbar bewegt.

Einige Wissenschaftler haben sich deshalb gewundert, wenn das Gehirn eine eingebaute Methode hat, diese Erfahrungen auszuschalten, um ein zufälliges Verhalten zu erzeugen.

Das Janelia-Team beschloss, dies trotz einiger Kritik anderer Forscher zu untersuchen. "Sie argumentieren, dass es ineffizient ist und dass es im Widerspruch zu dem steht, was einige Leute als eines der zentralsten Arbeitsprinzipien des Gehirns bezeichnen - unsere Erfahrung und unser Wissen zu nutzen, um Verhaltensentscheidungen zu optimieren", erklärt Laborleiterin Alla Karpova.

Karpowa sagt, dass sie versucht haben, "einen Rahmen zu schaffen, der die Notwendigkeit, Verhaltensvariabilität und Unvorhersehbarkeit bis zum Äußersten zu schaffen, antreibt".

Um diese Umgebung zu schaffen, platzierten die Forscher Ratten in einem Wettbewerbsumfeld, in dem ein Computer feststellte, welche von zwei verfügbaren Löchern in dem Habitat eine süße Behandlung für die Ratten erzeugen würde.

Der Computer war außerdem in der Lage, das Verhalten der Ratten zu analysieren, ihr zukünftiges Verhalten vorherzusagen und dann ihre Handlungen entsprechend zu variieren. Eine "Verfeinerungs" -Variable in der Computersoftware wurde von den Forschern kontrolliert.

Karpova erklärt:

"Wir dachten, wenn wir mit hochentwickelten Konkurrenten kämen, wären die Tiere schließlich nicht in der Lage, herauszufinden, wie man sie austricksen könnte, und gezwungen, entweder aufzugeben oder in diesen [zufälligen] Modus zu wechseln, wenn ein solcher Modus existiert."

Die Vorhersage des Teams war richtig. Wenn der Computer auf einer niedrigen Entwicklungsstufe betrieben wurde, würden die Ratten basierend auf den Ergebnissen früherer Versuche strategische Entscheidungen treffen.

Aber als die Forscher die Raffinessen der Maschine ankurbelten und es ihr erlaubten, starke Vorhersagen zu treffen, ignorierten die Ratten die Erfahrungen der Vergangenheit und machten - auf der Suche nach dem süßen Preis - scheinbar zufällige Auswahlen.

Der anteriore cinguläre Kortex - Heimat unseres "internen Modells" der Welt

Der nächste Schritt für die Forscher war es, genau zu untersuchen, wie die Rattenhirne dieses zufällige Verhalten initiieren. Das Team fragte sich, ob der anteriore cinguläre Cortex des Gehirns dafür verantwortlich sein könnte - da es sich um diese Gehirnregion handelt, in der das "interne Modell" unserer Welt höchstwahrscheinlich kodiert ist.

Durch die Manipulation eines Stresshormons - Norepinephrin - im anterioren cingulären Kortex der Tiere fanden die Forscher heraus, dass sie tatsächlich das Verhalten der Ratten zwischen zufälligen und strategischen Modi ändern konnten.

Wenn das Hormon erhöht wurde, wurde das zufällige Verhalten aktiviert, und wenn das Hormon unterdrückt wurde, traten die Ratten in einen zufälligen Modus ein.

Karpova und Kollegen bemerkten jedoch, dass einige Ratten sich weiterhin willkürlich benahmen, auch wenn ihre Zufälligkeit keinen strategischen Vorteil hatte:

"Wenn alles, was sie erlebt haben, ein wirklich ausgefeilter Konkurrent für mehrere Sitzungen ist, der ihre Versuche einer strategischen, modellbasierten Gegenvorhersage verhindert, gehen sie in diesen [Zufallsmodus] und können sich noch eine ganze Weile daran festsetzen Dieser Konkurrent ist weg. "

Karpova schlägt vor, dass dieses Verhalten eine Art "erlernte Hilflosigkeit" ist, ähnlich wie wenn Entscheidungen getroffen werden, nachdem eine Person auf eine Erfahrung gestoßen ist, bei der sie ihre Umwelt nicht kontrollieren können.

Durch die Unterdrückung der Norepinephrinfreisetzung im anterioren cingulären Kortex gelang es dem Team jedoch, die Ratten von diesem "steckengebliebenen" Verhalten zu befreien. "Wir denken, dass dies Aufschluss darüber geben könnte, was unter Bedingungen wie erlernter Hilflosigkeit schief gelaufen ist, und möglicherweise, wie wir helfen können, sie zu lindern", sagt Karpova.

Jetzt, dass die Forscher - ihre Ergebnisse in der Zeitschrift veröffentlichen Zelle - haben einen Mechanismus identifiziert, der das Gehirn zwischen zufälligen und strategischen Verhaltensweisen umschaltet, sie sind daran interessiert herauszufinden, wie diese Verhaltensweisen in alltäglichen Situationen gesteuert werden.

"Wir versuchen normalerweise, unser ganzes Wissen zu nutzen, um strategisch zu denken, aber manchmal müssen wir es noch erforschen", schlägt Karpova vor.

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