Peneliti Yale mengungkap filter rahasia otak untuk pengambilan keputusan

Para peneliti menemukan bahwa sinyal sinapsis listrik sinyal sensorik pada hewan, memungkinkan pengambilan keputusan khusus konteks-temuan dengan implikasi luas untuk ilmu saraf.

Ilmuwan dari Universitas Yale Dan University of Connecticut telah membuat terobosan yang signifikan dalam memahami bagaimana otak hewan membuat keputusan. Penelitian mereka menyoroti peran penting dari sinapsis listrik dalam informasi sensorik “penyaringan”.

Diterbitkan di jurnal Selpenelitian ini menunjukkan bahwa pengaturan spesifik sinapsis listrik memungkinkan hewan untuk membuat keputusan yang tepat berdasarkan konteks, bahkan ketika mereka menemukan sinyal sensorik yang sama.

Otak hewan terus -menerus dibombardir dengan informasi sensorik – pemandangan, suara, bau, dan banyak lagi. Memahami informasi ini, kata para ilmuwan, membutuhkan sistem penyaringan canggih yang berfokus pada detail yang relevan dan memungkinkan hewan untuk bertindak sesuai. Sistem penyaringan seperti itu tidak hanya memblokir “kebisingan” – itu secara aktif memprioritaskan informasi tergantung pada situasinya. Berfokus pada informasi sensorik tertentu dan menyebarkan perilaku khusus konteks dikenal sebagai “seleksi tindakan.”

Model cacing: C. elegans dan navigasi suhu

Studi yang dipimpin Yale berfokus pada cacing, C. elegansyang, secara mengejutkan, memberikan model yang kuat untuk memahami mekanisme saraf pemilihan tindakan. C. elegans dapat belajar lebih memilih suhu tertentu; Ketika dalam gradien suhu, ia menggunakan strategi yang sederhana namun efektif untuk menavigasi ke suhu yang disukai.

Worm pertama bergerak melintasi gradien menuju suhu yang mereka sukai (perilaku yang disebut “migrasi gradien”) – dan begitu mereka mengidentifikasi kondisi suhu lebih sesuai dengan keinginan mereka, mereka melacak suhu itu, yang memungkinkan mereka untuk tetap berada dalam kisaran pilihan mereka (perilaku yang disebut yang disebut perilaku yang disebut “Pelacakan Isotermal”). Cacing juga dapat melakukan perilaku ini dalam perilaku khusus konteks, menggunakan migrasi gradien ketika mereka jauh dari suhu pilihan mereka, dan pelacakan isotermal ketika mereka berada di dekat suhu yang disukai.

Tetapi bagaimana mereka dapat melakukan perilaku yang benar dalam konteks yang benar?

Untuk studi baru, para peneliti menyelidiki jenis hubungan tertentu antara sel -sel neuron, yang disebut sinapsis listrik, yang berbeda dari sinapsis kimia yang lebih banyak dipelajari. Mereka menemukan bahwa sinapsis listrik ini, yang dimediasi oleh protein yang disebut INX-1, menghubungkan sepasang neuron tertentu (neuron AIY) yang bertanggung jawab untuk mengendalikan keputusan penggerak dalam cacing.

“Mengubah saluran listrik ini dalam sepasang sel tunggal dapat mengubah apa yang dipilih hewan untuk dilakukan,” kata Daniel Colón-Ramos, Dorys McConnell Duberg Profesor Neuroscience dan Biologi Sel di Yale School of Medicine dan penulis yang sesuai dari penelitian ini.

Tim menemukan bahwa sinapsis listrik ini tidak hanya mengirimkan sinyal, mereka juga bertindak sebagai “filter.” Dalam cacing dengan fungsi INX-1 normal, koneksi listrik secara efektif mengurangi sinyal dari neuron termosensori, memungkinkan cacing untuk mengabaikan variasi suhu yang lemah dan fokus pada perubahan yang lebih besar yang dialami dalam gradien suhu. Ini memastikan bahwa cacing bergerak secara efisien melintasi gradien dan menuju suhu yang mereka sukai tanpa terganggu oleh sinyal yang tidak relevan konteks, seperti yang dialami di trek isotermal yang hadir di seluruh gradien tetapi tidak pada suhu yang disukai.

Konsekuensi dari sinapsis listrik yang terganggu

Namun, dalam cacing yang kurang inx-1, neuron AIY menjadi hipersensitif, merespons lebih kuat terhadap fluktuasi suhu kecil. Hipersensitivitas ini menyebabkan cacing bereaksi terhadap sinyal -sinyal kecil ini, menjebak hewan dalam isoterm yang bukan suhu pilihannya. Pelacakan isoterm yang tidak normal dalam konteks yang salah mempengaruhi kemampuan cacing untuk bergerak melintasi gradien suhu menuju suhu yang mereka sukai.

“Ini akan seperti menyaksikan burung yang bingung terbang dengan kakinya diperpanjang,” kata Colón-Ramos. “Burung -burung biasanya mengulurkan kaki mereka sebelum pendaratan tetapi adalah burung untuk memperpanjang kakinya dalam konteks yang salah akan merugikan perilaku dan tujuan normalnya.”

Karena sinapsis listrik ditemukan di seluruh sistem saraf banyak hewan, dari cacing hingga manusia, temuan ini memiliki implikasi yang signifikan di luar perilaku cacing.

“Para ilmuwan akan dapat menggunakan informasi ini untuk memeriksa bagaimana hubungan dalam neuron tunggal dapat mengubah bagaimana seekor hewan memandang lingkungannya dan meresponsnya,” kata Colón-Ramos. “Sementara rincian spesifik pemilihan tindakan kemungkinan akan bervariasi, prinsip yang mendasari peran sinapsis listrik dalam kopling neuron untuk mengubah respons terhadap informasi sensorik dapat tersebar luas.

“Misalnya, dalam retina kami, sekelompok neuron yang disebut 'sel amacrine' menggunakan konfigurasi sinapsis listrik yang serupa untuk mengatur sensitivitas visual ketika mata kita beradaptasi dengan perubahan cahaya.”

Konfigurasi sinaptik adalah pusat dari cara hewan proses memproses informasi sensorik dan kemudian bereaksi, dan hasil yang terungkap dalam studi baru menunjukkan bahwa konfigurasi sinapsis listrik memainkan peran penting dalam memodulasi bagaimana sistem saraf memproses informasi sensorik spesifik konteks untuk memandu persepsi dan perilaku dalam Hewan.

Referensi: “Konfigurasi Sinapsis Listrik Filter Informasi Sensorik Untuk Menggerakkan Pilihan Perilaku” oleh Agustin Almoril-Porras, Ana C. Calvo, Longgang Niu, Jonathan Beagan, Malcom Díaz García, Josh D. Hawk, Ahmad Aljobeh, Elias M. Wismom, Ivy, Ivy, Ahmad Aljobeh, Elias M. Wismom, Ivy, Ivy, Ahmad Aljobeh, Elias M. Ren, Zhao-Wen Wang dan Daniel A. Colón-Ramos, 31 Desember 2024, Sel.
Doi: 10.1016/j.cell.2024.11.037

Colón-Ramos juga Associate Director dari Yale's Wu Tsai Institute, yang dikhususkan untuk studi kognisi.

Penulis co-lead penelitian ini adalah Agustin Almoril-Porras dan Ana Calvo dari Yale. Rekan penulis adalah Jonathan Beagan, Malcom Díaz Garcia, Josh Hawk, Ahmad Aljobeh, Elias Wisdom, dan Ivy Ren, semuanya Yale; dan Longgang Niu dan Zhao-Wen Wang dari University of Connecticut.

Pekerjaan itu didukung oleh Institut Kesehatan NasionalNational Science Foundation, dan Howard Hughes Medical Institute Scholar Award.