Die Aktivierung einer winzigen Gruppe von Neuronen im Hirnstamm, die Bewegung stoppt, kann gleichzeitig dazu führen, dass ein Tier den Ort bevorzugt, an dem es erstarrte, so eine neue Studie chinesischer Wissenschaftler.
Die Forschung
Guanghui Li, Xingfei Hou und Zhenxiang Zhao von mehreren Institutionen in China bauten ein vollautomatisches System, das die Position einer Ratte in Echtzeit verfolgt und einen Laser in ihr Gehirn feuert, sobald sie eine bestimmte Zone betritt. Der Laser aktiviert Neuronen im rostralen Pedunculopontinen Nucleus (PPN), einer Hirnstammregion, die bekanntermaßen laufende Bewegungen stoppt, wenn sie stimuliert wird.
Mit einer OpenMV Cam H7 Plus-Kamera und eingebetteten neuronalen Netzmodellen konnte das System den Aufenthaltsort der Ratte mit hoher Präzision erkennen und 473 nm blaues Licht über eine im PPN implantierte Glasfaser auslösen. Bei 9 Ratten, die Channelrhodopsin in CaMKIIα-positiven Neuronen exprimierten, verursachte der Laser zuverlässig einen vorübergehenden motorischen Arrest – die Ratten hörten für mehrere Sekunden auf, sich zu bewegen.
Wenn die Stimulationszone mit dem motorischen Arrest gepaart wurde, entwickelten die Ratten eine starke Ortsvorliebe. In einer 15-minütigen Testsitzung verbrachten sie deutlich mehr Zeit in der Stimulationszone im Vergleich zum Ausgangswert, obwohl diese mit erzwungener Bewegungslosigkeit verbunden war. Der Effekt trat nach nur 2-3 Trainingssitzungen auf, die jeweils 30 Minuten dauerten.
Die wichtigsten Zahlen: Über 80 % der Stimulationsversuche lösten erfolgreich einen Arrest aus, und die konditionierten Platzpräferenzwerte stiegen im Vergleich zum Vortraining um etwa 40 %. Kontrollexperimente mit gelbem Licht (561 nm) oder Ratten ohne Opsin-Expression zeigten keinen Effekt, was die Spezifität der optogenetischen Manipulation bestätigt.
Warum es wichtig ist
Diese Studie liefert einen der klarsten Hinweise darauf, dass eine Hirnstammstruktur motorische Unterdrückung mit Verstärkung koppeln kann. Warum sollte ein Tier einen Ort mögen, an dem es eingefroren wurde? Die Autoren vermuten, dass der PPN Teil eines Schaltkreises sein könnte, der Sicherheit einen Wert zuweist – Stillhalten könnte in bedrohlichen Situationen belohnend sein. Für den Menschen könnte dies bedeuten, dass wir verstehen, wie wir lernen, bestimmte Umgebungen mit Ruhe oder Wachsamkeit zu assoziieren, und warum manche Menschen sich zu ruhigen, reizarmen Räumen hingezogen fühlen.
Das automatisierte System selbst ist ein Durchbruch: Es läuft auf kostengünstiger Hardware (unter 200 $) und verwendet ein Open-Source-Neuronales Netzwerk, um Tiere ohne menschliches Eingreifen zu verfolgen. Dies macht Closed-Loop-Experimente in den Neurowissenschaften für mehr Labore zugänglich und könnte Entdeckungen darüber beschleunigen, wie motorische und emotionale Schaltkreise interagieren.
Was Sie tun können
Während Sie Ihren eigenen Hirnstamm nicht optogenetisch stimulieren können, können Sie auf Ihre eigenen Motor-Emotions-Verbindungen achten. Beachten Sie, wann Sie einen starken Drang verspüren, aufzuhören, sich zu bewegen – ist er mit einem bestimmten Ort oder Kontext verbunden? Achtsamkeit auf Ihrem täglichen Weg oder in Ihrem Lieblingssessel zu üben, könnte Ihnen helfen, Ihre eigenen Ortsvorlieben zu entdecken. Für kognitives Training probieren Sie iqgenios Gehirntrainings-Level, die Reaktionszeit und räumliches Gedächtnis herausfordern – Fähigkeiten, die von einer intakten Motor-Stimmungs-Integration abhängen.
Quelle: arXiv q-bio.NC
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