Een nieuw computermodel legt in detail uit hoe neurale circuits in de hersenen sensorische signalen omzetten in motorische commando's om acties met de meest lonende waarde te produceren.

Het onderzoek suggereert dat de circuits, die zich in de basale ganglia bevinden, de beste sensomotorische associaties selecteren om de meest lonende handelwijzen te genereren. Het computationele model kan rekening houden met de diverse functies waarbij de circuits betrokken zijn – onder meer het nemen van beslissingen, het verwerven van vaardigheden door middel van versterkend leren en het plannen van routes.

Eerdere modellen van de basale ganglia hebben zich gericht op de rol van de circuits in de motorische controle. Het nieuwe model stelt een uitgebreider computationeel raamwerk voor dat zowel de motorische als de cognitieve functies van dit hersengebied kan verklaren.

"Ons doel was om de berekeningen die plaatsvinden in de basale ganglia over verschillende soorten en gedragingen te begrijpen, en een verenigend rekenraamwerk te bieden dat rekening houdt met alle verschillende functies waarbij de basale ganglia betrokken zijn", zegt senior auteur Samuel A. Musallam, PhD, universitair hoofddocent neurowetenschappen aan de Universiteit van Californië, Irvine.

"Het nieuwe model stelt ons in staat de neurale mechanismen te begrijpen die aanleiding geven tot gedrag op vele tijdschalen, van snelle aanpassingen van bewegingen als reactie op onmiddellijke beloningen en fouten, tot het langdurig leren van gedragssequenties die zich over vele seconden ontvouwen", zegt hij. gezegd.

Het onderzoek werd op 30 augustus gepubliceerd in het tijdschrift Neuron.

Het model kan verklaren hoe dieren een reeks sensomotorische taken uitvoeren in de natuurlijke wereld, waaronder vaardige reikbewegingen naar visuele doelen, het plannen van de trajecten van oogbewegingen om doelobjecten te selecteren om te fixeren tijdens het zoeken naar voedsel, en het verwerven van taal door middel van associatief leren. .

"Het model onthult gemeenschappelijke computermechanismen voor verschillende soorten en taken", zegt Musallam. "Ondanks grote verschillen in de motorische en cognitieve systemen bij dieren, lijken de basale ganglia vergelijkbare rekenprincipes te gebruiken, ongeacht of het systeem reikbewegingen of oogbewegingen controleert; en dat deze principes worden gedeeld over verschillende taken, zoals motorische planning en besluitvorming."

Musallam en zijn team gebruiken het model nu om preciezere voorspellingen te doen die kunnen worden getest met neurale opnames bij proefdieren. Ze zijn ook van plan het model te gebruiken om nieuwe behandelingsstrategieën te ontwikkelen voor neurologische ziekten die de basale ganglia aantasten, zoals de ziekte van Parkinson.