Ratten kunnen visuele dromen hebben terwijl ze slapen, blijkt uit een onderzoek dat aantoont dat het mogelijk is om de mentale ervaringen van dieren rechtstreeks vanuit hun hersenen te bestuderen.

Geheugenonderzoekers van het MIT vonden opvallende overeenkomsten in de patronen van hersenactiviteit bij de ratten terwijl ze door een doolhof navigeerden en wanneer ze sliepen, wat erop wijst dat ze de ervaring van het runnen van het doolhof in hun hoofd herhaalden.

"We waren ongelooflijk opgewonden toen we dat zagen, omdat we denken dat dit een zeer sterk bewijs is dat de rat daadwerkelijk een visuele ervaring heeft tijdens de slaap", zegt Matt Wilson, hoogleraar hersen- en cognitieve wetenschappen aan het MIT en senior auteur. van het artikel gepubliceerd in Nature Neuroscience.

De resultaten openen de mogelijkheid om mentale beelden en zelfs het bewustzijn zelf te bestuderen door de hersenactiviteit te meten, zei Wilson, omdat de mentale ervaringen die de ratten hadden tijdens de slaap precies hun werkelijke ervaringen weerspiegelden toen ze wakker waren.

"Omdat er momenteel geen manier is om een ​​dier te vragen waar hij aan denkt tijdens de slaap, gebruiken we de strategie om naar de hersenactiviteit te kijken wanneer het dier wakker is en bezig is met een taak die een heel duidelijke visuele component heeft", legt hij uit.

Het team van Wilson heeft de afgelopen tien jaar geavanceerde technieken ontwikkeld om de hersenactiviteit bij ratten in beeld te brengen. Ze hebben onlangs in hun laboratorium aan het MIT een ‘rattenstad’ gebouwd:zes grote verblijven ter grootte van een rat, waarin maximaal 24 dieren tegelijk kunnen worden gehuisvest, elk met zijn eigen camera’s, loopwielen, luidsprekers en een doolhof. Door een beeldvenster in de schedels van de ratten te plaatsen, kan het team miniatuurmicroscopen gebruiken om de activiteit van meer dan 100.000 neuronen in de visuele cortex van de dieren te volgen terwijl ze wakker zijn en het doolhof verkennen.

Terwijl de ratten door het doolhof renden, schoten de neuronen in de visuele cortex in dezelfde patronen die voorspeld zouden zijn door de visuele input die de dieren ervoeren terwijl ze door de vertrouwde omgeving renden.

Het onderzoeksteam keek vervolgens naar de hersenactiviteit bij slapende ratten. Ze waren vooral geïnteresseerd in de activiteitspatronen die spindels worden genoemd en die de kenmerken zijn van langzame golfslaap. Spindels zijn in verband gebracht met geheugenconsolidatie, het proces waarbij nieuwe herinneringen in de hersenen worden opgeslagen, maar het is niet duidelijk hoe ze dit bereiken.

Het team ontdekte dat de neuronen in de visuele cortex die normaal reageerden op specifieke kenmerken in de omgeving – randen of contrast bijvoorbeeld – samen met spindels schoten tijdens een specifieke fase van de langzame slaap. Maar nog intrigerender was dat de activiteitspatronen in deze groepen neuronen leken op dezelfde activiteitspatronen die het team had gezien toen de ratten wakker waren en door het doolhof renden. Deze resultaten suggereren dat de ratten hun ervaringen in het doolhof in hun gedachten herhaalden.

"Ik had al die tijd het vermoeden dat spindels dit deden, maar om het daadwerkelijk te zien, moet ik zeggen, was volkomen adembenemend", zei Wilson.

De visuele cortex controleert het geheugen niet, maar is wel betrokken bij perceptueel leren en geheugenconsolidatie. Wilson en zijn collega's denken dat de visuele cortex deel uitmaakt van een groot netwerk van hersengebieden die betrokken zijn bij geheugenconsolidatie tijdens langzame golfslaap. Tijdens dit type slaap, de meest voorkomende slaapfase in de niet-REM-slaap, herhalen of activeren de hersenen herinneringen terwijl ze worden geconsolideerd en opgeslagen in de hersenen. "Ik vind het opwindend om te bedenken dat deze activiteitspatronen die betrokken zijn bij onze meest levendige mentale ervaringen er eigenlijk zijn om functionele redenen", aldus Wilson. "Deze reactiveringen lijken belangrijk te zijn voor het geheugen en de cognitieve functie."

Wilson voegde eraan toe:"Ik denk dat we een algemene strategie hebben bedacht die kan worden toegepast op andere problemen, zoals hoe knaagdieren denken over beslissingen of beloningen, of uiteindelijk zelfs over bewustzijn."