Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben kürzlich in einer Studie einen bestimmten Hirnkreislauf identifiziert, der hilft Menschen, durch die Erfahrung anderer zu lernen.

Beobachtungslernen ist eine Form des Lernens, die durch Beobachtung anderer Menschen erfolgt. Es ist ein wichtiger evolutionärer Vorteil, der es den Menschen ermöglicht, potenzielle Gefahren zu vermeiden, ohne sie direkt erleben zu müssen.

"So viel von dem, was wir täglich lernen, ist durch Beobachtung" Kay Tye, außerordentlicher Professor für Gehirn- und Kognitionswissenschaften am MIT und Mitglied des MIT Picower-Institut für Lernen und Gedächtnis, sagte in einer Erklärung. „Vor allem für etwas, das Sie möglicherweise verletzen oder töten könnte, könnten Sie sich vorstellen, dass die Kosten für das Lernen aus erster Hand sehr hoch sind. Die Fähigkeit, es durch Beobachtung zu lernen, ist äußerst anpassungsfähig und bietet einen großen Vorteil für das Überleben. “

Ein Forscherteam unter der Leitung von Tye interessiert sich für die Entstehung dieser wertvollen Lernform führten eine Studie durch, um die spezifischen Gehirnfunktionen zu identifizieren, die das beobachtende Lernen ermöglichen.

Ihre Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Zelle.

Durch ihre Forschung war das Team in der Lage, einen Gehirnkreislauf zwischen den als anterior cingulate cortex (ACC) bekannten Teilen des Gehirns und der basolateralen Amygdala (BLA) zu unterscheiden, die eine entscheidende Rolle beim beobachtenden Lernen spielt.

Bemerkenswerterweise sind diese beiden Regionen des Gehirns allgemeiner in der sozialen Interaktion aktiv. Das ACC ist an der sozialen Bewertung beteiligt, während das BLA mit der Verarbeitung von Emotionen verbunden ist.

"Wir wussten aus früheren Untersuchungen, dass sowohl das ACC als auch die Amygdala für das beobachtende Lernen sowohl bei Nagetieren als auch beim Menschen wichtig sind", sagte er Stephen Allsop, ein ehemaliger MD / Ph.D. Student am MIT, der die Studie mitleitete. "Es ist jedoch nicht bekannt, wie Neuronen in diesen Regionen Informationen während des beobachtenden Lernens tatsächlich codieren."

Der Gehirnkreislauf

In der Studie bewerteten die Forscher die Funktion des Gehirns von Mäusen, die beim sozialen Lernen viele Ähnlichkeiten in Bezug auf die Gehirnstruktur und die Konnektivität mit dem Menschen aufweisen.

Sie beobachteten die Gehirnaktivität von Mäusen, als sie Zeuge wurden, wie eine andere Maus geschockt wurde. Der Schock wurde von einem Hinweis wie einem Ton oder einem Licht begleitet, der auf die Gefahr hinwies. Die geschockten Mäuse verbinden den Schock mit dem Hinweis und frieren ein, wenn sie ihn hören oder sehen.

Einen Tag später bemerkten die Forscher eine ähnliche Reaktion auf das Signal bei den Mäusen, bei denen andere Mäuse schockiert waren, die jedoch selbst nicht schockiert waren. Genau wie diejenigen, die direkt geschockt waren, waren auch sie konditioniert, um das Stichwort zu fürchten. Im Wesentlichen beobachteten die Forscher den Prozess des beobachtenden Lernens, der sich vor ihnen abspielte.

Um zu verstehen, wie der Prozess des beobachtenden Lernens im Gehirn der Mäuse ablief, zeichneten sie die elektrische Aktivität im ACC und in der BLA der beobachtenden Mäuse auf, während sie lernten, den Hinweis mit der Gefahr zu assoziieren.

Anschließend analysierten sie mithilfe eines neuen Analysetyps, der als neuronale Trajektorienanalyse bezeichnet wird, die Feuerraten der Neuronen während des Lernprozesses. Diese Analyse ergab ein hohes Maß an Aktivität im ACC, wenn eine Maus beobachtet, dass eine andere Maus geschockt ist. Anschließend werden Informationen vom ACC an die BLA gesendet, wo sie verarbeitet werden, und der Hinweis wird dem Schock zugeordnet.

Dies zeigte eine wichtige Verbindung zwischen dem ACC und der BLA, die für den Prozess des beobachtenden Lernens von grundlegender Bedeutung ist.

"Durch unsere Experimente konnten wir schaltungsspezifische Neuronen aufzeichnen und zeigen, dass Neuronen in beiden Regionen sowohl den prädiktiven Hinweis als auch die Belastung des Demonstrators codieren", sagte Allsop. "Wir haben auch zum ersten Mal gezeigt, dass eine Untergruppe von Amygdala-Neuronen während des Lernens tatsächlich Eingaben von den ACC-Neuronen benötigt, um die prädiktiven Informationen über das lerntreibende Stichwort zu kodieren."

Verbindung testen

Sobald die Forscher die Neuronen identifiziert hatten, die das ACC mit der BLA verbinden, blockierten sie die Verbindungen zwischen diesen Neuronen während der Lernaufgabe zur Beobachtung. Zu diesem Zweck verwendeten sie Optogenetik, um ein inhibitorisches Protein zu exprimieren, das die neuronale Aktivität zwischen dem ACC und dem BLA stoppte. Als die Verbindungen bei Mäusen blockiert waren, lernten die Mäuse nicht, das Stichwort zu fürchten.

Das Blockieren dieser Verbindung bei Mäusen, die die Schocks zusammen mit einem Ton erhielten, hatte jedoch keine Auswirkung auf die Fähigkeit der Beobachtermaus, das Stichwort und den Schock zu verbinden. Dies deutet darauf hin, dass die ACC-BLA-Verbindung speziell mit sozial abgeleiteten Informationen verknüpft ist.

"Amygdala-Neuronen haben nicht nur aufgehört, das Signal zu kodieren, sondern Tiere haben auch verhaltensmäßig nichts gelernt", sagte Allsop. "Interessanterweise hatte diese Schaltung keinen Einfluss auf das Lernen, wenn Tiere aus ihren eigenen Erfahrungen lernten."

Die Forscher fanden auch heraus, dass die ACC-BLA-Verbindung auch für andere Arten des sozialen Lernens und Verhaltens aktiv war, einschließlich des Lernens, wie man mit anderen Mäusen interagiert. Die Verbindung ist beispielsweise aktiv, wenn Mäuse lernen, eine aggressive Maus zu fürchten, nachdem sie beobachtet hat, wie sie mit anderen Mäusen interagiert.

Was kommt als nächstes?

In Zukunft möchte das Team von Tye untersuchen, welche Rolle diese Verbindung beim Lernen von Belohnungen und nicht von Ängsten spielt.

"Observational Learning ist noch ein relativ neues Feld", sagte Allsop. „Die meisten Arbeiten konzentrierten sich auf das Lernen mit Beobachtungsangst. In bestimmten Tiermodellen war es jedoch schwieriger, detaillierte Informationen auf Schaltungsebene über Lernfunktionen für Beobachtungsbelohnungen zu erhalten. Dies ist eine mögliche Richtung, die das Tye-Labor verfolgen möchte. “

Allsop vermutete, dass das Verständnis, wie diese neuronalen Verbindungen funktionieren, auch Einblicke in bestimmte psychiatrische Erkrankungen geben könnte, die mit abnormalem Sozialverhalten zusammenhängen.

"Die Belastung durch soziale Defizite bei psychiatrischen Erkrankungen wie Autismus und sozialer Angststörung motiviert zu verstehen, wie abnormale neuronale Funktionen zu anormalem sozialem Verhalten führen", sagte er. „Ein weiterer möglicher Ausweg aus diesem Projekt ist die Nutzung der Informationen, die wir jetzt über die Funktionsweise dieses Schaltkreises zu Beginn des Projekts erhalten haben, um Fragen zu stellen, wie dieser Schaltkreis in verschiedenen genetischen Mausmodellen für psychiatrische Erkrankungen mit sozialen Symptomen wie Autismus und sozialer Störung unterschiedlich funktionieren könnte Angststörung."