Wetenschap
Studie onthult neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan foerageergedrag bij vrij bewegende dieren
Terwijl ze foerageren, nemen dieren, waaronder mensen en apen, voortdurend beslissingen over waar ze naar voedsel moeten zoeken en wanneer ze zich tussen mogelijke bronnen van levensonderhoud moeten verplaatsen.
"Ferageergedrag is iets dat we dagelijks vertonen als we naar de supermarkt gaan om voedsel te halen, en we maken keuzes op basis van de mate van beloning die elke keuze oplevert. Het is een klassiek probleem dat bij elke soort op aarde voorkomt", zegt Valentin Dragoi. , hoogleraar elektrische en computertechniek bij Rice, hoogleraar neurowetenschappen aan het Weill Cornell Medical College en wetenschappelijk directeur van het Methodist/Rice Center for Neural Systems Restoration.
In een artikel gepubliceerd in Nature Neuroscience , Dragoi en medewerkers onderzoeken de hersenprocessen die betrokken zijn bij het zoeken naar voedsel.
"In deze studie beschrijven we het gebruik van een nieuw geïntegreerd draadloos systeem voor het registreren van hersenactiviteit in de frontale gebieden van hun hersenen en voor oculomotorische en gedragsmatige tracking. We onderzoeken in realtime hoe deze alomtegenwoordige taak van foerageren zich ontvouwt, iets wat we natuurlijk elke dag presteren", zei Dragoi.
Makaken zijn een geslacht van apen afkomstig uit Azië, Noord-Afrika en Zuid-Europa (Gibraltar). Ze eten meestal fruit, zaden en ander plantaardig voedsel. "We bestuderen makaken," zei Dragoi, "omdat foerageren een natuurlijk gedrag is en het brein van makaken qua organisatie en functie vrij gelijkaardig is aan het menselijk brein."
Tot nu toe was het moeilijk om de neurale basis van foerageren in naturalistische omgevingen te onderzoeken, omdat eerdere benaderingen afhankelijk waren van in bedwang gehouden dieren die op proef gebaseerde foerageertaken uitvoerden. Dragoi en zijn onderzoekspartners lieten ongeremde makaken vrijelijk communiceren met beloningsopties, terwijl ze draadloos de neurale activiteit in hun prefrontale cortex registreerden.
"Dieren besloten wanneer en waar ze moesten foerageren op basis van de vraag of hun voorspellingen over beloning waren uitgekomen of geschonden. De voorspellingen waren niet uitsluitend gebaseerd op een geschiedenis van beloningsleveringen, maar ook op het inzicht dat langer wachten de kans op beloning vergroot", zei Dragoi. .
De resultaten geven aan dat foerageerstrategieën gebaseerd zijn op een corticaal model van beloningsdynamiek terwijl dieren vrijelijk hun omgeving verkennen.
“We hebben geleerd dat we zelfs in complexe situaties keuzes kunnen voorspellen door simpelweg de reacties van tientallen neuronen in de frontale kwab uit te lezen. Dit kan potentieel in de richting van protheses bewegen om de keuze te beïnvloeden of te vertekenen, zelfs op niet-invasieve wijze. stelt ons in staat te begrijpen hoe de hersenen werken wanneer ze zich bezighouden met dit natuurlijke gedrag”, aldus Dragoi.
Vervolgens zal het Dragoi-lab het foerageren in een sociale context combineren en tegelijkertijd opnames maken van twee dieren terwijl ze samenwerken om voedsel te zoeken als beloning. Dit is een enorme technische uitdaging, maar Dragoi gelooft dat hij en zijn onderzoekspartners dicht bij het bereiken van dergelijke doelen zijn. Dit kan een oplossing mogelijk maken voor de uitdaging van corticale implantaten om patiënten met hersenstoornissen te helpen en hun gedragsbeslissingen mogelijk te maken.
De hoofdauteur van het artikel is Neda Shahidi, een voormalige Ph.D. student in Dragoi's laboratorium, momenteel groepsleider bij Georg-Elias-Müller-Instituut voor Psychologie, Georg August-Universität, Göttingen.