"Postavite celice", nekaj podobnega našemu GPS-ju

April 20, 2024

Usmerjanje in raziskovanje novih ali neznanih prostorov je ena od kognitivnih fakultet, ki jih najpogosteje uporabljamo. Uporabljamo ga za vodenje v naši hiši, naši soseski, da gremo na delo.

Prav tako smo odvisni od tega, ko nas potujemo v novo in neznano mesto. Uporabljamo ga tudi, ko vozimo, in morda bi bil bralec žrtev nepazljivosti v svoji usmerjenosti ali v spremstvu, ki jo bo obsodila, da bo izgubljena, prisiljena se obrniti z avtom, dokler ne z ustrezno potjo.

To ni napaka orientacije, gre za krivdo hipokampusa

Vse to so razmere, ki nas pogosto ovirajo in nas vodijo k prebujenju naše usmerjenosti ali drugih z žalitvami, zvoki in različnimi obnašanji. No, ker bom danes v nevrofizioloških mehanizmih orientacije dal krtačni udarec , v našem Brain GPS da bi nas razumeli

Začeli bomo s specifičnostjo: ne smemo preklinjati orientacije, saj je le proizvod naše nevronske dejavnosti v določenih regijah. Zato bomo začeli s preklinjanjem našega hipokampusa.

Hipokampus kot možganska struktura

Hippocampus je evolutivno antična struktura, je del ribogojstva, to je tistih struktur, ki so filogenetsko starejše v naši vrsti. Anatomsko je del limbičnega sistema, v katerem se nahajajo tudi druge strukture, kot je amigdala. Limbični sistem velja za morfološki substrat spomina, čustev, učenja in motivacije.

Bralec, če je navajen s psihologijo, bo vedel, da je hipokampus nujna struktura za konsolidacijo deklarativnih spominov, to je s tistimi spomini z epizodnimi vsebinami o naših izkušnjah ali pa semantično (Nadel in O'Keefe, 1972) .

Dokazi o tem so obsežne študije o priljubljenem primeru "pacientovega HM", pacienta, katerega črevesne hemisfere so bili odstranjeni, ki je povzročil uničujočo anterogradno amnezijo, kar pomeni, da ni mogel zapomniti novih dejstev, čeprav je ohranil večino svojih spominov pred operacijo. Za tiste, ki se želijo poglobiti v tem primeru, priporočam študije Scovilleja in Millnerja (1957), ki so izčrpno preučevali bolnika HM.

Krajske celice: kaj so oni?

Doslej ne rečemo nič novega ali nič presenetljivo. Toda leta 1971 je bilo naključno odkrito dejstvo, ki je povzročilo začetek študije navigacijskih sistemov v možganih. O'keefe in John Dostrovski, z uporabo intrakranialnih elektrod, bi lahko zabeležili aktivnost hipokampalnih specifičnih nevronov pri podganah . To je omogočilo, da je bila med izvajanjem različnih vedenjskih testov žival buden, zavesten in prosto gibljiv.

Kar niso pričakovali, da odkrijejo, so bili nevroni, ki so se selektivno odzvali glede na območje, na katerem je podgano. Ne gre za to, da so bili na vsakem položaju specifični nevroni (na primer ni nobenega nevrona za vašo kopalnico), temveč da so bili opazovani v celicah CA1 (specifična regija hipokampusa), ki označujejo referenčne točke, ki bi jih bilo mogoče prilagoditi različnim presledkom .

Te celice so bile pozvane postavite celice. Zato ne gre za nevronski prostor za vsak posamezen prostor, ki ga pogosto uporabljate, temveč za referenčne točke, ki se nanašajo na vaše okolje; Tako se oblikujejo egocentrični navigacijski sistemi. Kraj nevroni bodo prav tako oblikovali alendentrične navigacijske sisteme, ki bodo povezovali elemente prostora med njimi.

Injekcijsko programiranje in izkušnje

To odkritje je zbegalo mnoge nevroznanstvenike, ki so hipokampus obravnavali kot deklarativno učno strukturo in zdaj videli, kako je lahko kodiral prostorske informacije. To je povzročilo hipotezo o "kognitivnem zemljevidu", ki bi utemeljevala, da bi predstavitev našega okolja nastala v hipokampusu.

Tako kot so možgani odličen generator zemljevidov za druge senzorične modalitete, kot so kodiranje vizualnih, zvočnih in somatosenzornih signalov; ni nerazumno, da hipokampus razmišljamo kot strukturo, ki ustvarja zemljevide našega okolja in ki zagotavlja njihovo usmeritev v njih .

Raziskava je šla še dlje in ta paradigma je preizkusila v zelo različnih situacijah. Videli so, na primer, da celice mesta v labirintu naloge streljajo, ko žival naredi napake ali ko je v položaju, v katerem bi nevron običajno ustrelil (O'keefe in Speakman, 1987).Pri nalogah, v katerih se mora žival premikati po različnih prostorih, je bilo ugotovljeno, da se nevroni ustreli glede na to, od kod prihaja žival in kje gre (Frank et al., 2000).

Kako se oblikujejo prostorske karte

Še en glavni poudarek raziskovalnega interesa na tem področju je bil, kako se oblikujejo ti prostorski zemljevidi. Po eni strani bi lahko mislili, da celične celice vzpostavijo svojo funkcijo, ki temelji na izkušnjah, ki jih prejmemo, ko raziskujemo okolje, ali pa mislimo, da je to osnovna komponenta naših možganskih vezij, to je prirojeno. Vprašanje še ni jasno in lahko najdemo empirične dokaze, ki podpirajo obe hipotezi.

Po eni strani so poskusi Monaka in Abbott (2014), ki so zabeležili aktivnost velikega števila celic, videli, da ko je žival postavljen v novo okolje, nekaj minut mineva, dokler te celice ne začnejo ustreliti Normalnost Torej, karte bi se na nek način izrazile od trenutka, ko bo žival vstopil v novo okolje , vendar bi izkušnje te karte spremenile v prihodnosti.

Zato bi lahko mislili, da plastična vloga možganov igra vlogo pri oblikovanju prostorskih zemljevidov. Potem, če bi plastičnost res igrala vlogo, bi pričakovali, da bodo knockout miši na receptor NMDA receptorja nevrotransmiterja glutamat - to je miši, ki ne izražajo tega receptorja - ne bi ustvarjali prostorskih zemljevidov, ker ta receptor igra temeljno vlogo pri plastičnosti možganov in učenje

Plastičnost igra pomembno vlogo pri vzdrževanju prostorskih zemljevidov

Vendar to ni tako, in ugotovili smo, da so knockout miši na NMDA receptor ali miši, ki so bili farmakološko zdravljeni, da bi blokirali ta receptor, izrazili podobne vzorce odziva celic v novih ali znanih okoljih. To kaže, da je izražanje prostorskih zemljevidov neodvisno od plastične sposobnosti možganov (Kentrol et al., 1998). Ti rezultati bi podprli hipotezo, da so navigacijski sistemi neodvisni od učenja.

Kljub vsemu, z uporabo logike morajo biti mehanizmi cerebralne plastičnosti nedvomno nujni za stabilnost v spominu nedavno oblikovanih zemljevidov. In, če ne bi bilo, kakšna bi bila uporaba izkušnje, ki jo nekdo oblikuje tako, da hodi po ulicah svojega mesta? Ali ne bi vedno imeli občutka, da smo prvič vstopili v našo hišo? Verjamem, da so hipoteze tako kot v mnogih drugih primerih bolj komplementarne, kot se zdijo in na nek način kljub prirojenim funkcijam teh funkcij, plastičnost ima vlogo pri ohranjanju teh prostorskih zemljevidov v spomin .

Omrežje, naslov in robne celice

Povsem abstraktno je govoriti o celičnih mestih in morebiti več kot en bralec je bil presenečen, da nam enako območje možganov, ki ustvarja spomine, nam služi, tako rekoč, GPS. Toda nismo končali in najboljše še ni prišlo. Zdaj pa resnično zavihtimo curl. Sprva je bilo mišljeno, da bi bila vesoljska navigacija odvisna izključno od hipokampusa, ko je bilo ugotovljeno, da so sosednje strukture, kot je entorinske skorje, pokazale zelo šibko aktivacijo kot funkcijo vesolja (Frank et al., 2000).

Vendar pa je bila v teh študijah zabeležena aktivnost v ventralnih predelih endorhinalne skorje in v kasnejših študijah zabeležena hrbtna področja, ki imajo večje število povezav s hipokampusom (Fyhn et al., 2004). Torej, potem je bilo ugotovljeno, da so številne celice te regije upale glede na položaj, podobno hipokampusu . Doslej pričakujemo, da bodo našli rezultate, a ko se bodo odločili za povečanje območja, ki bi se registrirali v endorhinalni skorji, so imeli presenečenje: med skupinami nevronov, ki so se aktivirale glede na prostor, ki ga je zasedla žival, je bilo očitno tihih območij - to je, aktivirano-. Ko so regije, ki so pokazale aktivacijo, praktično združene, so bili vzorci opazovani v obliki šesterokotnikov ali trikotnikov. Ti nevroni so imenovali entorhinalno skorje "rdeče celice".

Ko so odkrili rdeče celice, je bilo mogoče rešiti vprašanje, kako se tvorijo celice. Ker imajo celice številne povezave mrežnih celic, ni nerazumno, da mislijo, da so jih oblikovali. Vendar še enkrat stvari niso tako preproste, eksperimentalni dokazi pa niso potrdili te hipoteze. Geometrijski vzorci, ki tvorijo omrežne celice, še niso mogli razlagati.

Navigacijski sistemi niso omejeni na hipokampus

Kompleksnost se ne konča tukaj. Še manj, ko je bilo ugotovljeno, da navigacijski sistemi niso omejeni na hipokampus. To je omogočilo razširitev meja raziskav na druga področja možganov in s tem odkrivanje drugih vrst celic, povezanih s celicami mesta: Krmilne celice in robne celice .

Vodilne celice bi kodirale smer, v kateri se subjekt premika in bi bil nameščen v hrbtnem tegmentalnem jedru možganskega debla. Po drugi strani so robne celice celice, ki povečujejo svojo hitrost puščanja, saj se subjekt približuje mejam določenega prostora in ga najdemo v subikulum-specifičnem področju hipokampusa. Ponujali bomo poenostavljen primer, v katerem bomo poskušali povzeti funkcijo vsake vrste celic:

Predstavljajte si, da ste v jedilnici vaše hiše in da želite iti v kuhinjo. Ker ste v jedilnici v vaši hiši, boste imeli prostorsko celico, ki se bo sprožila, ko boste ostali v jedilnici, a ker hočeš iti v kuhinjo, boste imeli tudi eno aktivirano sobno celico, ki predstavlja kuhinjo. Aktivacija bo jasna, ker je vaša hiša prostor, ki ga popolnoma poznate in aktivacijo lahko odkrije tako v celicah mesta kot tudi v celici.

Zdaj pa začnite hoditi proti kuhinji. Tam bo skupina specifičnih naslovnih celic, ki bodo zdaj streljala in se ne bodo spremenila, dokler boste ohranili določeno smer. Zdaj pa si predstavljamo, da greste v kuhinjo, morate zaviti desno in prečkati ozek hodnik. V trenutku, ko se obrnete, bodo vaše naslovne celice vedele in drugi niz celic naslovov bo registriral smer, ki jo je zdaj sprejela za aktiviranje, prejšnji pa bodo deaktivirani.

Zamislite si tudi, da je koridor ozek in vsako lažno gibanje lahko povzroči, da zadete steno, tako da bodo vaše robne celice povečale vašo hitrost. Bližje, če pridete do stene koridorja, večje je število strelov, ki prikazujejo vaše robne celice. Pomislite na robne celice, kot so senzorji, ki jih imajo nekateri novi avtomobili in ki naredijo zvočni signal, ko ste manevrirali parkirati. Robne celice Delujejo na podoben način kot ti senzorji, čim bližje so trčenju več hrupa, ki ga naredijo . Ko pridete v kuhinjo, vam bodo vaše celice povedale, da je prišla zadovoljivo in ker je širše okolje, se bodo vaše robne celice sprostile.

Let's samo zaplete vse

Zanimivo je, da mislimo, da naši možgani imajo načine, da poznajo naš položaj. Vendar pa še vedno obstaja vprašanje: kako uskladiti deklarativni spomin s vesoljsko navigacijo v hipokampusu, torej, kako naši spomini vplivajo na te zemljevide? Ali pa je mogoče, da so bili naši spomini oblikovani iz teh zemljevidov? Če želimo odgovoriti na to vprašanje, moramo razmisliti še malo. Druge študije so poudarile, da iste celice, ki kodirajo prostor, o katerih smo že govorili, prav tako kodirajo čas . Tako se je razpravljalo časovne celice (Eichenbaum, 2014), ki bi kodirala dojemanje časa.

Presenetljivo je stvar v tem primeru vse več dokazov, ki podpirajo idejo, da so celice enake kot časovne celice . Nato isti nevron, ki uporablja iste električne impulze, lahko kodira prostor in čas. Odnos med kodiranjem časa in prostora v istih akcijskih potencialih in njihovim pomenom v spomin ostaja skrivnost.

Na koncu: moje osebno mnenje

Moje mnenje o tem? To lahko rečem, ko bom vzel mojo znanstveno hišo človeško bitje je navajeno, da razmišlja o preprosti izbiri in želimo misliti, da možgani govore isti jezik, kot mi . Problem je, da nam možgani ponujajo poenostavljeno različico realnosti, ki jo sam procesira. Na način, podoben senci Platonove jame. Torej, tako kot pri kvantnih fizikalnih ovirah, kar razumemo kot resničnost, se v nevrologiji odkrijejo, da se v možganih stvari razlikujejo od sveta, ki ga zavestno zaznavamo in moramo imeti zelo odprto voljo, da stvari nimajo zakaj, kot jih resnično dojemamo.

Edina stvar, ki jo imam jasna, je nekaj, kar Antonio Damasio uporablja za ponovitev veliko v svojih knjigah: možgani so odličen generator zemljevida . Morda možgani interpretirajo čas in vesolje na enak način, da naštejejo naše spomine. In če se zdi, da je kimerno misliti, da je Einsten v svoji teoriji relativnosti ena od teorij, ki jo je domneval, ta čas ni mogel razumeti brez prostora in obratno. Nedvomno razkritje teh skrivnosti je izziv, še bolj pa, če so težki vidiki za študij na živalih.

Vendar pa se pri teh vprašanjih ne sme izogibati noben napor. Najprej radovednost. Če raziščemo širjenje vesolja ali nedavno zabeležene gravitacijske valove, zakaj ne bi preučevali, kako naši možgani interpretirajo čas in prostor? In drugič, številne nevrodegenerativne patologije, kot je Alzheimerjeva bolezen, imajo kot prvi simptomi prostorsko-časovno dezorientacijo.Če poznamo nevrofiziološke mehanizme tega kodiranja, bi lahko odkrili nove vidike, ki bodo pomagali bolje razumeti patološki potek teh bolezni in, kdo ve, odkrivati nove farmakološke ali nefarmakološke cilje.

Bibliografske reference:

Eichenbaum H. 2014. Časovne celice v hipokampusu: nova dimenzija za kartiranje spominov. Narava 15: 732-742
Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Trajektorsko kodiranje v hipokampusu in entorhinalni skorji. Neuron 27: 169-178.
Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. Prostorska reprezentacija v entorhinalni skorji. Znanost 305: 1258-1264
Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Ukinitev dolgoročne stabilnosti novih celičnih zemljevidov hippocampal mesta z blokado NMDA receptorjev. Znanost 280: 2121-2126.
Monako JD, Abbott LF. Modularna prerazporeditev aktivnosti mrežnih celic kot osnove za remapiranje hipokampusa. J Neurosci 31: 9414-9425.
O'Keefe J, Speakman A. 1987. Enotna aktivnost enote na mišjem hipokampusu med nalogo prostorskega spomina. Exp Brain Res 68: 1-27.
Scoville WB, Milner B (1957). Izguba nedavnega spomina po dvostranski hipokampaleziji. J Neurol Neurosurg Psihiatrija 20: 11-21.