Vetenskap & Hälsa

Nervceller kan lära sig tidsinställda mönster

2017-05-31

Enskilda nervceller kan lära sig inte bara en enstaka respons på en viss signal, utan en serie av reaktioner med exakta tidsintervaller. Det visar en studie från Lunds universitet.
– Det är som att slå an en pianotangent med fingret inte bara en gång, utan som en inprogrammerad serie av flera tangentslag, säger neuroforskaren Germund Hesslow.

Arbetet utgör grundforskning, men har bäring på utvecklingen av neurala nätverk och artificiell intelligens samt på inlärningsforskning. Autism, ADHD och språkstörningar hos barn kan till exempel hänga samman med att dessa och andra grundläggande inlärningsmekanismer inte fungerar.

Germund Hesslow.

Inlärning bygger enligt den gängse synen på att kontakterna mellan hjärnans nervceller förstärks eller försvagas. Lundaforskarna har tidigare kunnat visa att en cell dessutom kan lära sig en tidsrelation, så att den skickar iväg en signal med en viss inlärd fördröjning. Nu verkar det som att en nervcell kan tränas att ge inte bara en enda respons utan en hel komplex serie av flera responser.

– Det betyder att hjärnans inlärningskapacitet är ännu större än man tidigare trott! säger Germund Hesslows kollega Dan-Anders Jirenhed. Han menar att artificiella neurala nätverk med ”tränade nervceller” i framtiden skulle kunna klara mer komplexa uppgifter på ett effektivare sätt.

Har tränat cellerna att koppla ihop två olika signaler

Lundaforskarnas studie fokuserar på nervcellers förmåga till associativ inlärning och tidsinlärning. I experimenten har cellerna under flera timmars träning fått lära sig att koppla ihop två olika signaler. Om tiden mellan de två signalerna varit en kvarts sekund har cellen lärt sig att svara efter en kvarts sekund. Har tiden varit en halv sekund svarar cellen efter en halv sekund, och så vidare.

Forskarna visar nu att cellen kan lära sig inte bara en utan flera reaktioner i en serie. ”Signal – kort paus – signal – lång paus – signal” ger upphov till en serie responser med exakt samma tidsintervaller: ”respons – kort paus – respons – lång paus – respons”.

De celler forskarna studerat kallas Purkinjeceller och sitter i lillhjärnan, cerebellum. Lillhjärnan har hand om kroppsställning, balans och rörelser. Den spelar även en viktig roll när man lär sig långa serier med komplicerade rörelser som kräver exakt tidskontroll, som händernas och fingrarnas rörelser vid pianospel.

Text: INGELA BJÖRCK
Foto nervcell: Dreamstime

Artikeln är tidigare publicerad på Medicinska fakulteten vid Lunds universitets hemsida.