Forskningen tyder på att kretsarna, som är belägna i basalganglierna, väljer de bästa sensoriska-motoriska associationerna för att generera de mest givande handlingssätten. Beräkningsmodellen kan redogöra för de olika funktioner som kretsarna är involverade i – att fatta beslut, skaffa färdigheter genom förstärkningsinlärning och planera rutter – bland annat.
Tidigare modeller av basalganglierna har fokuserat på kretsarnas roll i motorstyrning. Den nya modellen föreslår ett mer omfattande beräkningsramverk som kan förklara både de motoriska och kognitiva funktionerna i detta hjärnområde.
"Vårt mål var att förstå beräkningen som äger rum i de basala ganglierna över olika arter och beteenden, och tillhandahålla ett enande beräkningsramverk som står för alla olika funktioner som basalganglierna har varit inblandade i", säger seniorförfattaren Samuel A. Musallam, PhD, docent i neurovetenskap vid University of California, Irvine.
"Den nya modellen tillåter oss att förstå de neurala mekanismer som ger upphov till beteende på många tidsskalor, från snabba justeringar av rörelser som svar på omedelbara belöningar och fel, till långsiktig inlärning av beteendesekvenser som utspelar sig under många sekunder," han sa.
Forskningen publicerades den 30 augusti i tidskriften Neuron.
Modellen kan förklara hur djur utför en rad sensoriska-motoriska uppgifter i den naturliga världen, inklusive skickliga räckviddsrörelser mot visuella mål, planering av ögonrörelsers banor för att välja målobjekt att fixera medan de letar efter mat, och tillägna sig språk genom associativ inlärning .
"Modellen avslöjar vanliga beräkningsmekanismer över arter och uppgifter," sa Musallam. "Trots stora skillnader i de motoriska och kognitiva systemen mellan djur, verkar basalganglierna använda liknande beräkningsprinciper oavsett om systemet kontrollerar räckviddsrörelser eller ögonrörelser; och att dessa principer delas över olika uppgifter som motorisk planering och beslutsfattande."
Musallam och hans team använder nu modellen för att göra mer exakta förutsägelser som kan testas med neurala registreringar i försöksdjur. De planerar också att använda modellen för att utveckla nya behandlingsstrategier för neurologiska sjukdomar som påverkar basala ganglierna, såsom Parkinsons sjukdom.
