Computermodel forklarer, hvordan dyr vælger handlinger med givende resultater

En ny beregningsmodel forklarer i detaljer, hvordan neurale kredsløb i hjernen konverterer sensoriske signaler til motoriske kommandoer for at producere handlinger med den mest givende værdi.

Forskningen tyder på, at kredsløbene, som er placeret i de basale ganglier, udvælger de bedste sensorisk-motoriske associationer for at generere de mest givende handlingsforløb. Beregningsmodellen kan redegøre for de forskellige funktioner, som kredsløbene er involveret i - at træffe beslutninger, tilegne sig færdigheder gennem forstærkende læring og planlægge ruter - blandt andre.

Tidligere modeller af basalganglierne har fokuseret på kredsløbenes rolle i motorisk kontrol. Den nye model foreslår en mere omfattende beregningsramme, der kan forklare både de motoriske og de kognitive funktioner i dette hjerneområde.

"Vores mål var at forstå den beregning, der finder sted i de basale ganglier på tværs af forskellige arter og adfærd, og give en samlende beregningsramme, der tager højde for alle de forskellige funktioner, som basalganglierne har været impliceret i," sagde seniorforfatter Samuel A. Musallam, PhD, lektor i neurovidenskab ved University of California, Irvine.

"Den nye model giver os mulighed for at forstå de neurale mekanismer, der giver anledning til adfærd på mange tidsskalaer, fra hurtige justeringer af bevægelser som reaktion på umiddelbare belønninger og fejl, til langsigtet indlæring af adfærdssekvenser, der udspiller sig over mange sekunder," han sagde.

Forskningen blev offentliggjort den 30. august i tidsskriftet Neuron.

Modellen kan forklare, hvordan dyr udfører en række sansemotoriske opgaver i den naturlige verden, herunder dygtige rækkende bevægelser mod visuelle mål, planlægning af øjenbevægelsers baner for at vælge målobjekter, der skal fikseres, mens de fouragerer efter mad, og tilegnelse af sprog gennem associativ læring .

"Modellen afslører fælles beregningsmekanismer på tværs af arter og opgaver," sagde Musallam. "På trods af store forskelle i de motoriske og kognitive systemer på tværs af dyr, ser basalganglierne ud til at bruge lignende beregningsprincipper, uanset om systemet kontrollerer rækkende bevægelser eller øjenbevægelser; og at disse principper deles på tværs af forskellige opgaver såsom motorisk planlægning og beslutningstagning."

Musallam og hans team bruger nu modellen til at lave mere præcise forudsigelser, der kan testes med neurale optagelser i forsøgsdyr. De planlægger også at bruge modellen til at udvikle nye behandlingsstrategier for neurologiske sygdomme, der påvirker de basale ganglier, såsom Parkinsons sygdom.