결정, 결정. 우리 모두는 끊임없이 의식적이고 무의식적 인 선택에 직면하고 있습니다. 무엇을 입을 것인지, 무엇을 먹을 것인지 또는 주말을 보내는 방법, 연필을 집어들 때 어떤 손을 사용할 것인지, 또는 의자에서 체중을 바꿀 것인지에 관한 것입니다. 사소한 결정을 내리기 위해, 우리의 두뇌는“IFS”더미를 통해 체질하여 가설을 측정합니다. 예를 들어 자동으로 보이는 선택 (예 :과속 차량의 길에서 뛰어 내리는 선택에 있어도 뇌는 과거 경험에서 매우 빠르게 추정하여 예측을하고 행동을 안내 할 수 있습니다.
지난 달 Cell 에 출판 된 논문에서 , 캘리포니아의 한 연구원 팀은 결정을 내리는 커 스프의 쥐의 두뇌를 들여다보고 그들의 뉴런이 그들에게 이용할 수있는 경쟁 선택을 빠르게 연주하는 것을 보았습니다. 그들이 묘사 한 메커니즘은 의사 결정뿐만 아니라 더 추상적 인 가능성을 상상할 수있는 동물의 능력, 즉 상상력과 비슷한 것입니다.
샌프란시스코 캘리포니아 대학교의 신경 과학자 로렌 프랭크 (Loren Frank)가 이끄는이 그룹은 해마에서 세포의 활동을 조사했다. 그들은 공간을 통과 할 때 동물의 위치를 정신적으로 맵핑하기 때문에“뇌 GPS”라는 별명을 가진 장소 세포라는 뉴런에 추가주의를 기울였습니다.
.장소 세포는 동물이 환경을 통해 움직일 때 특정 서열에서 매우 빠르게 발사되는 것으로 나타났습니다. 이 활동은 동물 바로 뒤에서 바로 앞에있는 위치에서 스윕에 해당합니다. (연구는 이러한 포워드 스위프에 목표 또는 보상의 위치에 대한 정보가 포함되어 있음을 보여 주었다.) Theta Cycles라고 불리는 이러한 신경 활동 패턴은 쥐에서 초당 약 8 회 반복되며 동물에 대한 지속적으로 업데이트 된 가상 궤적을 나타냅니다.
.그러나 Frank와 그의 팀이 지금 발견 한 것처럼, 동물이 행동하려고 할 때, Theta 사이클과 관련된 신경 활동은 다가올 일에 대한 예측뿐만 아니라 다가오는 행동 과정의 뷔페로부터 고속, 앞뒤 맛 테스트로 예측하는 것뿐만 아니라 다른 미래의 경로 사이를 앞뒤로 핑합니다. 뇌파의 교대 시나리오
연구원들은 쥐에게 W 자형 미로를 통해 교대 경로를 섭취하도록 훈련 시켰으며 전극은 자신의 장소 세포에서 기록되었습니다. 동물들은 미로의 중심 팔을 뚫고 왼쪽이나 오른쪽으로 돌렸다. 그러나 설치류가 어떤 길을 돌릴 지 결정해야 할 지점에 다가 가면서 과학자들은 자신의 장소 세포의 행동에 대해 이상한 것을 발견했습니다.
.래트는 미로의 중앙 팔에 발사 된 장소 세포가 있었고, 그 직전에 왼쪽으로 돌았고, 직전에 발사 한 다른 사람들은 오른쪽으로 향했다. 쥐가 전환점에 접근함에 따라 두 세포 세트가 때때로 함께 발사 될 것이라는 것이 논리적으로 보였습니다. 미로의 해당 영역에서 세포의 관절 활동은 동물의 현재 위치를 반영 할 것입니다. 그러나 그것은 결코 일어나지 않았습니다.
대신, 세포는 교대로 발사되었다. 마치 동물이 경로에 전념하기 전에 해마는 미래에 직면 할 위치에 대한“왼쪽”과“오른쪽”옵션을 모두 교대로 교대로 처리하고 항상 구별되는 것을 처리 한 것처럼 보였습니다.
.프랭크는“뇌는 이런 것들을 분리시키기 위해 열심히 노력하고있었습니다. "문제는 이유였습니다."
미네소타 대학교의 신경 과학자 인 데이비드 레디쉬 (David Redish)의 이전 연구와 아담 존슨 (Adam Johnson) 후기는 미로를 탐색하는 동물의 장소에서 잠재적 인 미래를 통해 비슷한 종류의 앞뒤 청소를 보여 주었다. 그러나 이러한 변화는 더 심의적인 행동과 관련이있는 것처럼 보였고, 쌍은 "왼쪽"또는 "오른쪽"표현이 무작위로 또는 더 체계적으로 나타나는지 여부를 조사하지 않았습니다.
대조적으로, UCSF 팀이 식별 한 교대는 세타 리듬의 다른 모든주기와 정확하게 정렬되었다. 해마는 한주기 동안 왼쪽 전환 선택의 표현을 생성 한 다음 다음 중에서 오른쪽 전환 선택으로 전환했습니다. 시나리오는 실험 전반에 걸쳐 항상 완벽하게 번갈아 가며 (때로는 같은주기에도 동일한 시나리가 지속될 것입니다) 신호의 구조는 부인할 수 없었습니다. 125 밀리 초 시퀀스는 미래에 대한 뇌의 다른 가설을 연속적이고 일관된 전체 프레임 워크로 분리하는 것처럼 보였습니다.
“여기서 놀라운 것은 규칙 성입니다. 뉴욕 대학교 의과 대학의 신경 과학자 인 György Buzsáki는 새로운 연구에 참여하지 않은 György Buzsáki가 말했습니다. "그것은 일대일 관계입니다. 한주기가 왼쪽으로, 한주기가 오른쪽으로, 왼쪽, 오른쪽입니다." 이 고도로 구조화 된 배열의 장점은 각 "만약"시나리오가 균형 잡힌 순서로 테스트되는 것일 수 있다고 그는 말했다.
Frank와 그의 동료들이 Theta 리듬 동안 신경 활동을 더욱 면밀히 바라 보았을 때, 그들은 각주기의 첫 번째 부분이 쥐의 현재 위치에 해당하고 두 번째 부분은 왼쪽 또는 오른쪽 대안을 보여 주었다는 것을 발견했습니다. 전체 패턴은 현재 위치, 왼쪽에 갈 가능성, 현재 위치, 올바른 위치 및 반복 가능성과 비슷한 모습을 보였습니다.
모든 옵션을 이용할 수 있도록
다른 흥미로운 패턴도 데이터에서 나왔습니다. 예를 들어, 연구원들은 Theta 사이클이 미로에서 쥐가 직면 한 왼쪽 오른쪽 가능성 사이에서 플립 플로링 될뿐만 아니라 때로는 개별주기가 경로를 역전시킬 가능성을 포함 할 수 있음을 발견했습니다. 그 발견은 당황 스러웠습니다. 쥐가 그 순간에 고려해야 할 선택이 아닌 것 같지 않기 때문입니다.
컬럼비아 대학교 (Columbia University)의 박사후 연구원 인 케네스 케이 (Kenneth Kay)에 따르면 해마는 다음에 그 동물이 다음에 어떤 일을할지 예측하고 있다는 생각에 반대하고있다. 종이. "사이클 구조는 해마가 인코딩 할 수있는 다양한 것들을 관련시키는 잠재적으로 보편적 인 방법임을 시사합니다."
.이 경우 Frank는 다음과 같이 말했습니다 :“다른 방법으로 가면 어떻게 될 것인지, 돌아올 가치가 있습니까?”
따라서 Theta 리듬은 가설을 인코딩하는 데있어보다 일반적인 목적을 가진 것 같습니다. McGill University의 신경 과학자 인 Mark Brandon 은이 연구에 참여하지 않은 마크 브랜든 (Mark Brandon)은“각주기에는 특정 내용이 포함되어있다”고 말했다. "‘좌회전’또는‘우회전’이 될 수 있습니다. 그러나 더 넓은 용어로, Theta 진동에 의해 제공된이 125mmm 덩어리에서 특정 메모리 또는 특정 사건이 인코딩 될 수 있습니다."
.새로운 연구에 관여하지 않은 Redish는 동의했다. "이것은 단지 공간을 나타내는 것이 아니라 일종의 에피소드 구조"라고 그는 말했다. "실제로 옵션을 고려하는 것입니다."
아마도, 연구원들은 Theta주기는 해마가 그러한 추상적 선택을 조사하기 위해 사용하는 기본 계산 단위라고 말합니다. 대부분의 경우, 그 내용은 경험에 기초 할 가능성이 높으며, 동물이 변화하는 환경에 빠르고 유연하게 반응 할 수 있다고 말합니다. 그러나 Kay는“우리의 작업은 또한 미래에 즉각적이거나 명백한 방식으로 우리를 도울 필요는 없다는 것을 나타냅니다. "이것은 창의성, 생성 또는 상상력있는 과정에서 더 광범위하게 중요한 역할을 할 수 있습니다."
.이러한 가능성은 해마를 메모리 관련 기능을 통해 의사 결정을 돕지 않는 뇌 영역으로 위치합니다. 오히려, 그것은 상상 된 미래에서 샘플을 생성하고 샘플링하는 학습 구조로 간주되어 다른 뇌 영역이 평가하고 행동 할 수있는 옵션을 시뮬레이션해야합니다. Theta 사이클은 그것이 어떻게 작동하는지를 밝히기위한 명확한 진입 지점 인 것 같습니다.
초 분수 창은 다른인지 과정 또는 신경 학적 조건을 이해하는 데 중요 할 수 있습니다. 종종 신경 과정에 대한 연구는 시험 과정에서 평균 세포 활동을한다. Frank와 그의 동료들의 작품은 훨씬 더 빠른 시간에 포장 된 정보를 구문 분석하는 것의 중요성을 보여줍니다.
연구원들은 이제 그들이 관찰 한 교대 패턴을 일으키는 메커니즘과 의사 결정 중에 그 활동이 뇌의 다른 부분에 어떤 영향을 미치는지 조사하고 있습니다. 또한 두 가지 이상의 대체 시나리오를 포함하는 미로 실험을 실행하고 있습니다. 설치류의 뇌 리듬은 인간의 뇌 리듬과 다르지만, 연구자들은 그들의 발견이 다른 종들에게도 사실을 유지하기를 희망합니다.
Kay는“우리는 인식과 상상력의 미세한 시간 규모 구조를 이해하는 표면을 긁고 있습니다. "생각하는 것이 재미 있습니다."
편집자 주 :Loren Frank의 작품은 Simons Foundation에서 부분적으로 자금을 지원하며,이 편집자 독립 잡지에도 자금을 지원합니다.
