Wie Entscheidungen entfalten in einer Zebrafisch-Gehirn

Einige Dinge, die wir tun, erscheinen fast automatisch ist, öffnen den Kühlschrank, wenn Sie hungrig oder Umblättern auf die Klimaanlage, wenn die Temperatur steigt. Obwohl solche Entscheidungen offenbar nicht viel gedacht, Sie sind in der Tat erzeugt, die von Millionen von Nervenzellen und zahlreiche Interaktionen zwischen verschiedenen Hirnregionen—ein dynamisches system ist so Komplex, dass Wissenschaftler nicht in der Lage zu beobachten, es vollständig und in Echtzeit, sogar in den einfachen Organismen.

Eine Ausnahme ist der Zebrafisch, deren Entscheidungsprozesse kommt jetzt in klarer Sicht. In der Arbeit veröffentlicht, in der Zelle, konnten die Forscher verfolgen, die Aktivität von einzelnen Neuronen im gesamten Gehirn von Zebrafisch Larven und Rekonstruktion der Entfaltung der neuronalen Ereignisse, wie die Tiere immer wieder aus „Links oder rechts“ Entscheidungen in einem Verhaltens-experiment.

Der resultierende frame-by-frame-Ansicht eine Entscheidung in der Herstellung war so detailliert, dass 10 Sekunden, bevor der Fisch reagierte, konnten die Forscher Vorhersagen, was Ihre nächsten Schritte sein werden und Wann Sie ausgeführt würde.

Nach einer Entscheidung

Verstehen, wie das Gehirn Entscheidungen trifft, beinhaltet tracking, wie Neuronen, die über mehrere Regionen des Gehirns reagieren und zu kooperieren—, die klar zu sein, ist alles andere als trivial. Wissenschaftler haben lange stecken geblieben zwischen zwei Optionen: Sie können entweder eng beobachten die Brenntemperatur von nur einer Untermenge von Neuronen, die Grenzen Ihrer Sicht auf das ganze Bild, oder der Blick auf die gesamte Aktivität des Gehirns, während die Mittelung der Daten über mehrere Studien, um Lärm zu reduzieren. Die Mittelwertbildung führt jedoch zum Verlust einiger details.

„Wir wollten verstehen, wie Entscheidungen entfalten, die auf einer trial-by-trial-basis“, sagt Alipasha Vaziri, der Leiter des Labors für Neurotechnologie und Biophysik. So zu tun, das team, gepaart erweiterte statistische Methoden mit Ihren vor kurzem entwickelten imaging-Technik, Licht-Feld-Mikroskopie, die es ermöglicht, gleichzeitige Verfolgung der Aktivität jedes neuron im Gehirn von Zebrafisch-Larven.

Aber bevor wir den Fisch zu Experimenten hatten die Wissenschaftler zu lehren, Ihnen ein neues Verhalten, eine, die war nicht nur reflektierend, sondern zielorientiert.

Das Ziel, aus der Fisch-Perspektive, wurde um Entlastung von der Hitze. Die Forscher etwas erwärmt das Wasser um den Fisch mit einem laser und schaltet den laser nur dann, wenn der fish tail-Bewegung nach rechts. Nach etwa 15 Wiederholungen, der Fisch hatte beherrschen der trick: Sie hatten von Ihrer Erwärmung der Umgebung über 20 Sekunden, nachdem der laser auf die Bühne kam. Etwa 80 Prozent der Zeit, der Fisch erinnerte mich an flip Ihren Schwanz in die richtige Richtung. (Um zu vermeiden, jede Richtung, die Neigung, das ganze experiment wurde auch wiederholt durch den Unterricht die Fische drehen Ihre Schwänze auf der linken Seite.)

Während der Intervall, nachdem der laser eingeschaltet wurde und bevor der Fisch machte eine Bewegung, die Forscher verfolgten die Aktivitäten Stand von rund 5.000, die meisten aktiven Neuronen über das gesamte Gehirn. Dann identifizierten Sie die Aktivität Muster spiegelt sich das Gehirn sensing die Hitze oder das bewegen der Rute, und das erschien Entscheidung verbunden. Besonders fanden Sie etwa 10 Sekunden, bevor der Fisch machte eine Bewegung, seine Gehirn-Muster unterschieden sich abhängig davon, ob der Fisch ging, um eine richtige oder eine falsche Wendung.

Mit diesen Informationen konnten die Forscher Blick auf den Zustand des Gehirns von jedem ein wenig Fisch, und 80 Prozent der Zeit richtig raten, was der Fisch war zu tun: Sie waren in der Lage, vorherzusagen, die spezifische Zeit, zu welcher die Tiere würden einleiten der Wende, und seine Richtung, in jeder Studie.

Ein unerwarteter Spieler

Gefunden zu haben, welche Cluster von Neuronen entsprach die verschiedenen Aspekte der Aufgabe, die Forscher abgebildet die Neuronen auf Ihre anatomischen Regionen. „Dies erlaubt uns zu sehen, welche Regionen des Gehirns daran beteiligt waren, welche Aspekte der Aufgabe, wie die Entscheidung entfaltet für jede Prüfung“, sagt Vaziri.

Mehrere Hirnregionen beteiligt bei der Umwandlung sensorischer Informationen in die Entscheidung und Handlung, sondern eine region Stand: das Kleinhirn. Die rate der Aktivität von Neuronen in das Gehirn ein Teil bestimmt, das genaue timing der Schwanz der Bewegung. Darüber hinaus ist eine einseitige Aktivität in den beiden Hemisphären des Kleinhirns, beginnend von der Hitze auftreten und allmählich erhöhen, bis der Fisch bewegte den Schwanz, Vorhersagen, in welche Richtung der Fisch war ungefähr um eine umdrehung.

In anderen Worten, der Kleinhirn—region am besten bekannt für seine Rolle in der Koordination, der balance und Feinabstimmung von Bewegungen—offenbar spielen eine wichtige Rolle in der Gestaltung die Tiere Entscheidungen treffen.