Wie Beobachtungslernen zukünftige Entscheidungen beeinflusst

Beobachtungslernen ist der Prozess, bei dem Menschen und Tiere durch Zuschauen bei anderen lernen. Diese Methode ist bei verschiedenen Arten zu sehen, einschliesslich Menschen und einigen Tieren wie Nagetieren. Bei dieser Art des Lernens handeln die Beobachter nicht nur unabhängig; sie basieren ihre Handlungen auf dem, was sie bei anderen sehen. Trotz einiger Fortschritte beim Verständnis, wie das Gehirn während dieses Lernens funktioniert, gibt es immer noch viel zu lernen, wie spezifische Gehirnregionen die während der Beobachtung gewonnenen Informationen verarbeiten, um zukünftige Handlungen zu steuern.

Ein wichtiger Bereich des Gehirns, der an der Entscheidungsfindung beteiligt ist, ist der anteriore cinguläre Cortex (ACC). Der ACC spielt eine entscheidende Rolle beim Beobachtungslernen. Forschungen zeigen, dass Zellen im ACC von Emotionen beeinflusst werden, die mit der Entscheidungsfindung verbunden sind, wie Belohnungen oder negative Erfahrungen, die mit bestimmten Handlungen verbunden sind. Darüber hinaus wird der ACC aktiviert, wenn jemand eine andere Person in Schmerz oder beim Erhalten einer Belohnung sieht. Diese Region ist auch wichtig, damit ein Beobachter Angstreaktionen auf der Basis der Angst eines anderen entwickelt.

Angesichts dieser bekannten Funktionen stellt sich eine wichtige Frage: Wie beeinflussen die Aktivitäten der ACC-Zellen während der Beobachtung die zukünftigen Entscheidungen eines Beobachters? Um das herauszufinden, haben Forscher den ACC bei Ratten untersucht, die an einer beobachtenden räumlichen Arbeitsgedächtnisaufgabe teilnahmen. In dieser Aufgabe beobachtet eine Ratte (der Beobachter) eine andere Ratte (der Demonstrator), die durch ein Labyrinth navigiert, und entscheidet dann, welchen Weg sie nehmen soll, um eine Belohnung zu erhalten.

Die räumlichen Wege im Labyrinth sind mit dem Hippocampus verbunden, einem Bereich des Gehirns, der beim Gedächtnis und der Navigation hilft. Während die Ratte durch das Labyrinth bewegt, aktivieren Zellen im Hippocampus in einer bestimmten Reihenfolge. Dieses Muster kann sogar später wieder abgespielt werden, wenn das Tier ruht oder Belohnungen konsumiert. Einige Beweise deuten darauf hin, dass dieses Wiederabspielen eine Schlüsselrolle beim Abrufen von Erinnerungen oder beim Planen zukünftiger Handlungen spielen könnte.

In dieser Studie konzentrierten sich die Forscher darauf, wie die Aktivitäten des ACC während der Beobachtung mit dem Wiederabspielen der Zellaktivitäten im Hippocampus zusammenhängen, die möglicherweise beim Planen zukünftiger Wege helfen. Die Forscher glaubten, dass ACC-Zellen während der Beobachtung wichtige Informationen über die Wege erwerben und diese Informationen nutzen würden, um das Wiederabspielen der Hippocampus-Zellen zu beeinflussen, um zukünftige Entscheidungen zu steuern.

Die in der Studie verwendeten Ratten wurden als Beobachter trainiert, indem sie zusahen, wie ein Demonstrator durch ein Labyrinth lief. Nach dem Zuschauen wählten die Beobachter, welchen Weg sie für eine Wasserbelohnung nehmen wollten. Die Ergebnisse zeigten, dass die Leistung der Beobachter im Labyrinth von der Funktionsweise des ACC abhing.

#Experimenteller Aufbau

Das Hauptziel der Studie war es, die Rolle des ACC in der beobachtenden räumlichen Arbeitsgedächtnisaufgabe zu bestimmen. Die Forscher verwendeten ein minimales Gerät, das aus einer Beobachtungsbox und einem kontinuierlichen T-Labyrinth bestand, wo die Aufgabe stattfand. Während jedes Versuchs blieb die Beobachterratte in der Beobachtungsbox, während die Demonstratorratte durch das Labyrinth lief und eine Wahl zwischen zwei Wegen traf, um Wasser zu bekommen. Die Beobachter wurden belohnt, wenn sie in die gleiche Richtung stocherten wie der Demonstrator innerhalb einer begrenzten Zeit.

Die Beobachterratten lernten, ihre Handlungen mit den Entscheidungen der Demonstratoren erfolgreich abzugleichen. In der Studie wollten die Forscher die Aktivitäten der ACC-Zellen während dieser Beobachtungen untersuchen.

#Messung der ACC-Zellaktivität

Um die ACC-Zellen zu studieren, zeichneten die Forscher die Aktivität dieser Zellen auf, während sie auch die Hippocampus-Zellen überwachten. Beobachter wurden in drei Bedingungen verglichen: als sie einen Demonstrator beobachteten, als sie ein sich bewegendes Objekt beobachteten, und als es nichts zu beobachten gab.

Der Hauptfokus lag darauf, wie die ACC-Zellen während der Verzögerungsphasen in der Beobachtungsbox feuerten, als die Beobachter auf die Gelegenheit warteten, nach Wasser zu stechen, basierend auf der Wahl des Demonstrators. Die Forscher fanden heraus, dass viele ACC-Zellen unterschiedlich feuerten, abhängig von der beobachteten Richtung. Es wurde gezeigt, dass diese Zellen ihre Selektivität sogar während der Verzögerungsphasen beibehielten.

Die Forscher waren besonders daran interessiert, die Aktivitäten der ACC-Zellen zu vergleichen, wenn die Beobachter korrekte bzw. fehlerhafte Entscheidungen trafen. Sie entdeckten, dass die ACC-Zellen während der korrekten Versuche eine höhere Aktivierung zeigten, was darauf hindeutet, dass der ACC an der Verstärkung erfolgreichen Lernens und der Entscheidungsfindung beteiligt ist.

#ACC und CA1-Ortszellen

Als Nächstes schauten die Forscher, wie die ACC-Zellen mit den CA1-Ortszellen des Hippocampus während der beobachtenden Aufgabe interagierten. Sie untersuchten, ob die Aktivitätsmuster der ACC-Zellen mit denen der CA1-Ortszellen während der Verzögerungsphasen korrelierten. Sie fanden eine signifikante Korrelation zwischen der Aktivität der ACC-Zellen und den CA1-Ortszellen, insbesondere wenn beide auf dieselbe Seite des Labyrinths fokussiert waren. Das deutete auf eine enge Verbindung zwischen den Aktivitäten von ACC und Hippocampus während der Beobachtung hin.

Die Studie untersuchte auch, was während des Wasserverbrauchs passierte. Es wurde festgestellt, dass die Aktivitäten der ACC-Zellen auch in dieser Phase weiterhin mit denen der CA1-Zellen interagierten. Diese Korrelation deutete darauf hin, dass der ACC nicht nur während der Beobachtung beteiligt war, sondern auch eine Rolle in den nachfolgenden Phasen spielte, wenn Belohnungen verarbeitet wurden.

#ACC-Aktivierung und Sharp-Wave-Ripples

Sharp-Wave-Ripples (SWRs) sind Ausbrüche von Gehirnaktivität im Hippocampus, die mit dem Gedächtnis-Wiederabspielen verbunden sind. Die Forscher erkundeten, ob die ACC-Zellen eine Beziehung zu den Aktivitäten der Hippocampus-Zellen während dieser SWRs zeigten. Sie fanden heraus, dass die ACC-Zellen dazu neigten, um SWRs herum zu aktivieren, was darauf hindeutet, dass sie an der Planung für zukünftige Handlungen basierend auf dem, was beobachtet wurde, beteiligt waren.

Die Studie zeigte, dass die Aktivierung selektiver ACC-Zellen während der Beobachtung mit spezifischen Wiederabspielereignissen im Hippocampus verknüpft war, insbesondere solchen, die die Wege darstellten, die der Beobachter später nehmen würde. Diese Beziehung deutete darauf hin, dass der ACC nicht nur auf Beobachtungen reagiert, sondern aktiv zukünftige Entscheidungen beeinflusst.

#Fazit

Die Ergebnisse dieser Forschung heben die Rolle des anterioren cingulären Cortex beim Beobachtungslernen hervor. Die ACC-Zellen, die während der Beobachtung der Handlungen eines anderen aktiviert werden, spielen auch eine entscheidende Rolle dabei, zukünftige Wege und Entscheidungen zu steuern. Die Verbindung zwischen ACC- und CA1-Zellen während sowohl der Beobachtung als auch der anschliessenden Belohnungsverarbeitung deutet auf eine komplexe Interaktion hin, die räumliches Gedächtnis und Entscheidungsprozesse unterstützt.

Zusammenfassend liefert die Studie wertvolle Einblicke, wie spezifische Gehirnregionen, insbesondere der ACC, zum Lernen durch Beobachtung beitragen und wie dieses Lernen zukünftiges Verhalten beeinflusst. Das Verständnis dieser neuronalen Mechanismen beleuchtet die Natur des sozialen Lernens und die zugrunde liegenden Prozesse, die die Entscheidungsfindung bei Menschen und Tieren steuern.