"สิ่งที่เคยถูกมองว่าเป็นนิวเคลียสที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งส่งอิทธิพลไปทั่วโลกและสม่ำเสมอเหนือพื้นที่เป้าหมายที่หลากหลาย ได้รับการเสนอแนะให้เป็นประชากรที่ต่างกันของเซลล์ที่ปล่อย NE ซึ่งอาจแสดงทั้งโมดูลเชิงพื้นที่และชั่วคราวที่ควบคุมการทำงานของมัน" Sur เขียน postdoc Vincent Breton-Provencher และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Gabrielle Drummond ในบทความทบทวนที่ตีพิมพ์เมื่อเดือนที่แล้วใน Frontiers in Neural Circuits

 

บทความนำเสนอหลักฐานที่เกิดขึ้นมากมายจากกลุ่มของ Sur และคนอื่นๆ อีกมากมาย โดยบอกว่า LC อาจรวมอินพุตทางประสาทสัมผัสและสถานะการรับรู้ภายในจากทั่วสมอง เพื่อใช้อิทธิพลของ NE-mediated อย่างแม่นยำเพื่อส่งผลต่อการกระทำ - โดยการควบคุม NE ไปยังเยื่อหุ้มสมองสั่งการ -- และการประมวลผลผลป้อนกลับของรางวัลหรือการลงโทษที่เป็นผล -- โดยการควบคุม NE ไปยังเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้า

 

เพื่อตรวจสอบสมมติฐานดังกล่าว ทีมงานได้เริ่มทำงานกับเงินช่วยเหลือ NIH ระยะเวลา 5 ปีมูลค่า 2.1 ล้านเหรียญสหรัฐ ซึ่งมอบให้ในเดือนเมษายน ในการศึกษานี้ พวกมันกำลังให้หนูมีส่วนร่วมในงานการเรียนรู้ ซึ่งพวกมันจะถูกชี้นำโดยโทนเสียงและระดับเสียงที่แตกต่างกัน ระหว่างการฝึก หนูจะเรียนรู้ว่าเมื่อโทนเสียงสูง การกดคันโยกจะให้รางวัล และเมื่อโทนเสียงต่ำ การตอบสนองที่ถูกต้องคือการไม่ผลัก เกรงว่าจะมีอากาศพองที่ไม่พึงประสงค์ โดยการเปลี่ยนระดับเสียง ผู้ทดลองจะเพิ่มความแน่นอนที่หนูจะรู้สึกได้ว่าพวกเขาได้ยินคิวอย่างถูกต้อง สล็อต

 

สมมติฐาน (แสดงโดยข้อมูลเบื้องต้น) คาดการณ์ว่า NE จะมีความสำคัญในหลาย ๆ วิธีที่สำคัญ Sur กล่าว เมื่อเมาส์ได้ยินเสียงคิว หากระดับเสียงต่ำ LC จะส่ง NE น้อยลงผ่านกลุ่มเซลล์ประสาทไปยังเยื่อหุ้มสมองสั่งการ ซึ่งสะท้อนถึงความเชื่อของสัตว์ที่ว่าไม่ควรผลักคันโยกเพราะจะไม่มีรางวัลออกมา ในขณะเดียวกัน ยิ่งระดับเสียงต่ำเท่าใด ก็ยิ่งมีความมั่นใจในการตัดสินใจของสัตว์น้อยลงเท่านั้น ในทางกลับกัน เสียงที่ดังมากจะส่ง NE มากกว่า ซึ่งสะท้อนถึงความมั่นใจของสัตว์ว่าการกดคันโยกจะสร้างรางวัลให้

 

หลังจากที่เมาส์ได้กระทำการ การตอบสนองที่น่าประหลาดใจมากขึ้น NE จะสร้างและส่งผ่านกลุ่มที่แตกต่างกันไปยังเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้า ซึ่งจะกระตุ้นให้เกิดการเรียนรู้มากขึ้น ตัวอย่างเช่น หากเมาส์ได้ยินเสียงสูงแผ่วเบาและกดคันโยกอย่างเบามือ ความประหลาดใจของรางวัลที่ได้จะกระตุ้นเอาต์พุตที่แข็งแกร่งของ NE เพื่อสั่งการเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้าเพราะความคาดหวังไม่สูงมาก เมื่อใดก็ตามที่หนูเดาผิดและรู้สึกว่ามีอากาศพอง มันจะกระตุ้นการปล่อย NE ที่แรงที่สุดไปยังเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้า หลังจากการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว ทีมของ Sur ได้สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพที่สอดคล้องกันในการทดลองครั้งต่อๆ ไป

 

"นี่เป็นวิธีการที่ norepinephrine ถือได้ว่าเป็นสัญญาณกระตุ้น แต่ที่สำคัญในบริบทของการทำงานต่อเนื่องเป็นสัญญาณการเรียนรู้" Sur กล่าว "มันเป็นทั้งสัญญาณการดำเนินการและสัญญาณการเรียนรู้ ซึ่งทั้งสองอย่างนี้สามารถอธิบายความสัมพันธ์เชิงปริมาณที่แท้จริงได้" บาคาร่า

 

ทีมงานไม่เพียงแต่จะวัดกิจกรรมของเซลล์ประสาท LC-NE เท่านั้น แต่ยังนำเซลล์เหล่านี้มาแทนที่โดยใช้ออพโตเจเนติกส์ (ซึ่งเซลล์ประสาทสามารถควบคุมได้ด้วยแสง) เพื่อให้สามารถปิดเสียงหรือขยายเอาต์พุต LC-NE เพื่อแสดงให้เห็นว่าทำอย่างไร ล้วนส่งผลต่อการกระทำและการเรียนรู้

 

การทำความเข้าใจธรรมชาติที่แท้จริงของการทำงานของ LC อาจเป็นประโยชน์สำหรับการปรับปรุงการรักษาสำหรับความผิดปกติบางอย่าง Sur กล่าว ตัวอย่างเช่น การรักษาที่เป็นไปได้สำหรับ PTSD เกี่ยวข้องกับการยอมรับ NE แบบหน่วง แต่ก็ส่งเสริมอาการง่วงนอนเช่นกัน การรักษาที่มีหลักการและแม่นยำยิ่งขึ้นสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพและลดผลข้างเคียงเหล่านั้นได้

 

“ความหวังจะส่งผลต่อความวิตกกังวล แต่ไม่ทำให้คุณง่วง หากเราเข้าใจเป้าหมายและทฤษฎีเบื้องหลัง” Sur กล่าว "นั่นคือความหวังของวิทยาศาสตร์พื้นฐานสำหรับการรักษาความผิดปกติ - เพื่อทำให้สิ่งต่าง ๆ มีความเฉพาะเจาะจงมากขึ้น เพื่อกำหนดวงจรและความจำเพาะของฟังก์ชันที่ระบบเกี่ยวข้อง"

 

นอกจากนี้ LC ยังเป็นพื้นที่เริ่มต้นที่ได้รับผลกระทบจากโรคอัลไซเมอร์ เขากล่าว การจัดการกับการสูญเสียนั้นอย่างถูกวิธีสามารถช่วยรักษารูปแบบของการเรียนรู้และการรับรู้ด้วยข้อมูลจากพื้นที่สมองอื่น ๆ มากกว่า 100 แห่งและการควบคุมที่ซับซ้อนของตำแหน่งและเวลาที่ส่ง norepinephrine (NE) ออก ประชากรจำนวนเล็กน้อยของเซลล์ LC ที่มีความหลากหลายอย่างน่าประหลาดใจอาจเป็นตัวแทนของตัวควบคุมที่สำคัญในการเรียนรู้จากรางวัลและการลงโทษ จากนั้นจึงนำประสบการณ์นั้นไปประยุกต์ใช้กับ Mriganka Sur ศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยาของนิวตันในสถาบัน Picower เพื่อการเรียนรู้และความจำและภาควิชาสมองและวิทยาศาสตร์ความรู้ความเข้าใจของ MIT กล่าว

 

"สิ่งที่เคยถูกมองว่าเป็นนิวเคลียสที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งส่งอิทธิพลไปทั่วโลกและสม่ำเสมอเหนือพื้นที่เป้าหมายที่หลากหลาย ได้รับการเสนอแนะให้เป็นประชากรที่ต่างกันของเซลล์ที่ปล่อย NE ซึ่งอาจแสดงทั้งโมดูลเชิงพื้นที่และชั่วคราวที่ควบคุมการทำงานของมัน" Sur เขียน postdoc Vincent Breton-Provencher และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Gabrielle Drummond ในบทความทบทวนที่ตีพิมพ์เมื่อเดือนที่แล้วใน Frontiers in Neural Circuits

 

บทความนำเสนอหลักฐานที่เกิดขึ้นมากมายจากกลุ่มของ Sur และคนอื่นๆ อีกมากมาย โดยบอกว่า LC อาจรวมอินพุตทางประสาทสัมผัสและสถานะการรับรู้ภายในจากทั่วสมอง เพื่อใช้อิทธิพลของ NE-mediated อย่างแม่นยำเพื่อส่งผลต่อการกระทำ - โดยการควบคุม NE ไปยังเยื่อหุ้มสมองสั่งการ -- และการประมวลผลผลป้อนกลับของรางวัลหรือการลงโทษที่เป็นผล -- โดยการควบคุม NE ไปยังเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้า

 

เพื่อตรวจสอบสมมติฐานดังกล่าว ทีมงานได้เริ่มทำงานกับเงินช่วยเหลือ NIH ระยะเวลา 5 ปีมูลค่า 2.1 ล้านเหรียญสหรัฐ ซึ่งมอบให้ในเดือนเมษายน ในการศึกษานี้ พวกมันกำลังให้หนูมีส่วนร่วมในงานการเรียนรู้ ซึ่งพวกมันจะถูกชี้นำโดยโทนเสียงและระดับเสียงที่แตกต่างกัน ระหว่างการฝึก หนูจะเรียนรู้ว่าเมื่อโทนเสียงสูง การกดคันโยกจะให้รางวัล และเมื่อโทนเสียงต่ำ การตอบสนองที่ถูกต้องคือการไม่ผลัก เกรงว่าจะมีอากาศพองที่ไม่พึงประสงค์ โดยการเปลี่ยนระดับเสียง ผู้ทดลองจะเพิ่มความแน่นอนที่หนูจะรู้สึกได้ว่าพวกเขาได้ยินคิวอย่างถูกต้อง

 

สมมติฐาน (แสดงโดยข้อมูลเบื้องต้น) คาดการณ์ว่า NE จะมีความสำคัญในหลาย ๆ วิธีที่สำคัญ Sur กล่าว เมื่อเมาส์ได้ยินเสียงคิว หากระดับเสียงต่ำ LC จะส่ง NE น้อยลงผ่านกลุ่มเซลล์ประสาทไปยังเยื่อหุ้มสมองสั่งการ ซึ่งสะท้อนถึงความเชื่อของสัตว์ที่ว่าไม่ควรผลักคันโยกเพราะจะไม่มีรางวัลออกมา ในขณะเดียวกัน ยิ่งระดับเสียงต่ำเท่าใด ก็ยิ่งมีความมั่นใจในการตัดสินใจของสัตว์น้อยลงเท่านั้น ในทางกลับกัน เสียงที่ดังมากจะส่ง NE มากกว่า ซึ่งสะท้อนถึงความมั่นใจของสัตว์ว่าการกดคันโยกจะสร้างรางวัลให้

 

หลังจากที่เมาส์ได้กระทำการ การตอบสนองที่น่าประหลาดใจมากขึ้น NE จะสร้างและส่งผ่านกลุ่มที่แตกต่างกันไปยังเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้า ซึ่งจะกระตุ้นให้เกิดการเรียนรู้มากขึ้น ตัวอย่างเช่น หากเมาส์ได้ยินเสียงสูงแผ่วเบาและกดคันโยกอย่างเบามือ ความประหลาดใจของรางวัลที่ได้จะกระตุ้นเอาต์พุตที่แข็งแกร่งของ NE เพื่อสั่งการเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้าเพราะความคาดหวังไม่สูงมาก เมื่อใดก็ตามที่หนูเดาผิดและรู้สึกว่ามีอากาศพอง มันจะกระตุ้นการปล่อย NE ที่แรงที่สุดไปยังเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้า หลังจากการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว ทีมของ Sur ได้สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพที่สอดคล้องกันในการทดลองครั้งต่อๆ ไป

 

"นี่เป็นวิธีการที่ norepinephrine ถือได้ว่าเป็นสัญญาณกระตุ้น แต่ที่สำคัญในบริบทของการทำงานต่อเนื่องเป็นสัญญาณการเรียนรู้" Sur กล่าว "มันเป็นทั้งสัญญาณการดำเนินการและสัญญาณการเรียนรู้ ซึ่งทั้งสองอย่างนี้สามารถอธิบายความสัมพันธ์เชิงปริมาณที่แท้จริงได้" บาคาร่า

 

ทีมงานไม่เพียงแต่จะวัดกิจกรรมของเซลล์ประสาท LC-NE เท่านั้น แต่ยังนำเซลล์เหล่านี้มาแทนที่โดยใช้ออพโตเจเนติกส์ (ซึ่งเซลล์ประสาทสามารถควบคุมได้ด้วยแสง) เพื่อให้สามารถปิดเสียงหรือขยายเอาต์พุต LC-NE เพื่อแสดงให้เห็นว่าทำอย่างไร ล้วนส่งผลต่อการกระทำและการเรียนรู้

 

การทำความเข้าใจธรรมชาติที่แท้จริงของการทำงานของ LC อาจเป็นประโยชน์สำหรับการปรับปรุงการรักษาสำหรับความผิดปกติบางอย่าง Sur กล่าว ตัวอย่างเช่น การรักษาที่เป็นไปได้สำหรับ PTSD เกี่ยวข้องกับการยอมรับ NE แบบหน่วง แต่ก็ส่งเสริมอาการง่วงนอนเช่นกัน การรักษาที่มีหลักการและแม่นยำยิ่งขึ้นสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพและลดผลข้างเคียงเหล่านั้นได้

 

“ความหวังจะส่งผลต่อความวิตกกังวล แต่ไม่ทำให้คุณง่วง หากเราเข้าใจเป้าหมายและทฤษฎีเบื้องหลัง” Sur กล่าว "นั่นคือความหวังของวิทยาศาสตร์พื้นฐานสำหรับการรักษาความผิดปกติ - เพื่อทำให้สิ่งต่าง ๆ มีความเฉพาะเจาะจงมากขึ้น เพื่อกำหนดวงจรและความจำเพาะของฟังก์ชันที่ระบบเกี่ยวข้อง"

 

นอกจากนี้ LC ยังเป็นพื้นที่เริ่มต้นที่ได้รับผลกระทบจากโรคอัลไซเมอร์ เขากล่าว การจัดการกับการสูญเสียนั้นอย่างถูกวิธีสามารถช่วยรักษารูปแบบของการเรียนรู้และการรับรู้