Nevoznanosti

Mesto celic, nekaj podobnega našim možganskim GPS

Mesto celic, nekaj podobnega našim možganskim GPS / Nevoznanosti

Usmerjenost in raziskovanje v novih ali neznanih prostorih je ena od kognitivnih zmožnosti, ki jih najpogosteje uporabljamo. Uporabljamo ga, da nas vodijo v naši hiši, naši soseski, da gremo na delo.

Od nje smo tudi odvisni, ko potujemo v novo in neznano mesto za nas. Uporabljamo ga tudi, ko vozimo, in verjetno bo bralec žrtev nepazljivosti v svoji usmerjenosti ali v družbi sopotnika, ki ga bo obsodil, da se bo izgubil, ko bo prisiljen hoditi z avtom, dokler ne da z ustrezno potjo.

Ni krivda orientacije, ampak krivda hipokampusa

Vse to so situacije, ki nas pogosto frustrirajo in nas vodijo, da preklinjamo našo usmeritev ali tisto, ki nas usmerja z žalitvami, kriki in različnim vedenjem. Dobro, Danes bom dal čopič v nevrofiziološke mehanizme orientacije, v našem Brain GPS da nas razumejo.

Začeli bomo biti specifični: ne smemo preklinjati orientacije, ker je to le produkt naše živčne dejavnosti v določenih regijah. Zato bomo začeli s preklinjanjem našega hipokampusa.

Hipokampus kot možganska struktura

Hipokampus je po svoji naravi starodavna zgradba, je del arquiculture, to je tistih struktur, ki so filogenetsko starejše pri naši vrsti. Anatomsko je del limbičnega sistema, v katerem so tudi druge strukture, kot je amigdala. Limbični sistem velja za morfološki substrat spomina, čustev, učenja in motivacije.

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

Dokaz za to so številne študije, ki obstajajo o priljubljenem primeru "bolnika HM", pacienta, čigar temporalne hemisfere so bile odstranjene, kar povzroča uničujočo anterogradno amnezijo, to pomeni, da ni mogel zapomniti novih dejstev, čeprav je ohranil večino spominov pred operacijo. Za tiste, ki se želijo poglobiti v tem primeru, priporočam Scoville in Millnerjeve študije (1957), ki so izčrpno preučevali bolnika, zdravilca.

Prostorske celice: kaj so??

Zaenkrat ne omenjamo nič novega, ali kaj presenetljivega. Vendar pa je bilo leta 1971, ko je bilo po naključju odkrito dejstvo, ki je povzročilo začetek študija navigacijskih sistemov v možganih. O'keefe in John Dostrovski, z uporabo intrakranijskih elektrod, lahko beleži aktivnost hipokampal-specifičnih nevronov pri podganah. To je omogočilo, da je bila žival med opravljanjem različnih vedenjskih testov budna, zavestna in prosto gibljiva.

Ne pričakujejo, da bodo odkrili, da obstajajo nevroni, ki so se selektivno odzvali glede na območje, kjer je bila podgana. Ne gre za to, da bi v vsakem položaju obstajali določeni nevroni (na primer, za vašo kopalnico ni nevrona), ampak da so bili opaženi v celicah CA1 (specifična regija hipokampusa), ki so označevale referenčne točke, ki bi jih lahko prilagodili različnim prostorom..

Te celice so bile klicane postavite celice. Zato ne gre za nevron prostora za vsak specifičen prostor, ki ga pogoste, temveč so referenčne točke, ki vas povezujejo z vašim okoljem; Tako nastajajo egocentrični navigacijski sistemi. Nevroni na mestih bodo tvorili tudi alocentrične navigacijske sisteme, ki bodo povezovali elemente prostora med njimi.

Vneto programiranje vs izkušnje

To odkritje je osupnilo mnoge nevroznanstvenike, ki so hipokampus šteli za deklarativno strukturo učenja in so zdaj videli, kako je sposobna kodirati prostorske informacije. To je sprožilo hipotezo o "kognitivnem zemljevidu", ki naj bi povedal, da bi bila predstavitev našega okolja ustvarjena v hipokampusu..

Tako kot so možgani odličen generator kart za druge senzorične modalitete, kot je kodiranje vizualnih, slušnih in somatosenzoričnih signalov; Ni nerazumno misliti na hipokampus kot na strukturo, ki generira zemljevide našega okolja in ki zagotavlja našo orientacijo v njih..

Raziskava je šla še dlje in je postavila to paradigmo na test v zelo različnih situacijah. Vidno je bilo, na primer, da celice na mestu v labirintu streljajo, ko žival naredi napake ali ko je v položaju, v katerem bi nevron običajno ustrelil (O'keefe in Speakman, 1987). V nalogah, v katerih se mora žival premikati skozi različne prostore, je bilo vidno, da se nevroni postavljajo na mesto, od koder žival prihaja in kam gre (Frank et al., 2000)..

Kako se oblikujejo prostorski zemljevidi

Še ena od glavnih usmeritev raziskovalnega interesa na tem področju je bila, kako se oblikujejo ti prostorski zemljevidi. Po eni strani bi lahko pomislili, da celične lokacije vzpostavijo svojo funkcijo na podlagi izkušenj, ki jih prejmemo, ko raziskujemo okolje, ali pa bi lahko mislili, da je to temeljna komponenta naših možganskih vezij, to je prirojena. Vprašanje še ni jasno in lahko najdemo empirične dokaze, ki podpirajo obe hipotezi.

Po eni strani so eksperimenti Monaka in Abbotta (2014), ki so zabeležili aktivnost velikega števila celic na mestu, pokazali, da, ko je žival postavljena v novo okolje, poteka nekaj minut, dokler te celice ne začnejo streljati z Normalnost Torej, potem, zemljevidi krajev bi bili na nek način izraženi od trenutka, ko žival vstopi v novo okolje, vendar bodo izkušnje spremenile te zemljevide v prihodnosti.

Zato lahko mislimo, da plastičnost možganov igra vlogo pri oblikovanju prostorskih zemljevidov. Potem, če bi plastičnost resnično igrala vlogo, bi pričakovali, da miši, ki izločijo NMDA receptor nevrotransmiterja glutamata - to so miši, ki ne izražajo tega receptorja - ne ustvarjajo prostorskih zemljevidov, ker ima ta receptor ključno vlogo pri plastičnosti možganov in učenje.

Plastičnost igra pomembno vlogo pri vzdrževanju prostorskih zemljevidov

Vendar to ne drži, in bilo je vidno, da izločki miši na NMDA receptor ali miši, ki so bili farmakološko zdravljeni, da blokirajo ta receptor, izražajo podobne vzorce odziva celic v novih ali znanih okoljih. To kaže, da je izražanje prostorskih zemljevidov neodvisno od plastičnosti 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 nujno potrebni za stabilnost v spominu nedavno oblikovanih kart. In če ne bi bilo, kakšna bi bila uporaba izkušnje, ki jo ustvari, če bi hodila po ulicah svojega mesta? Ali ne bi vedno imeli občutek, da prvič vstopamo v našo hišo? Menim, da so hipoteze, tako kot v mnogih drugih primerih, bolj komplementarne, kot se zdi, in na nek način kljub prirojenemu delovanju teh funkcij., plastičnost ima vlogo pri ohranjanju teh prostorskih zemljevidov v spominu.

Omrežne, naslovne in robne celice

Povsem abstraktno je govoriti o mestnih celicah in morda več kot en bralec je bil presenečen, da nam isti možganski prostor, ki generira spomine, služi, tako rekoč, GPS. Vendar še nismo končali in najboljše še prihaja. Zdaj pa se prižgimo. Sprva je veljalo, da bo vesoljska navigacija odvisna izključno od hipokampusa, ko bo vidno, da so sosednje strukture, kot je entorinalni skorji, pokazale zelo šibko aktivacijo kot funkcijo prostora (Frank et al., 2000)..

Toda v teh študijah je bila zabeležena aktivnost v ventralnih predelih entorhinalne skorje in v kasnejših študijah so bile zabeležene dorzalne površine, ki imajo večje število povezav s hipokampusom (Fyhn et al., 2004). Torej, potem opaženo je bilo, da so mnoge celice tega območja odpustile, odvisno od položaja, podobno hipokampusu. Tukaj so rezultati, za katere se je pričakovalo, da bodo našli, toda ko so se odločili, da povečajo površino, ki jo bodo registrirali v entorhinalni skorji, so imeli presenečenje: med skupinami nevronov, ki so se aktivirali glede na prostor, ki ga žival zaseda, so bile navidezno tihe cone - to je, niso aktivirano. Ko so bile regije, ki so pokazale aktivacijo, praktično združene, so bili vzorci opaženi v obliki šesterokotnikov ali trikotnikov. Te nevrone v entorhinalni skorji so imenovali "rdeče celice"..

Ko so odkrili rdeče celice, je bilo mogoče rešiti vprašanje, kako nastanejo celice. Ker celice postavljajo številne povezave med celicami omrežja, ni nerazumljivo misliti, da so oblikovane iz njih. Vendar pa stvari spet niso tako preproste in eksperimentalni dokazi niso potrdili te hipoteze. Geometrijskih vzorcev, ki tvorijo celice omrežja, še ni bilo mogoče razlagati.

Navigacijski sistemi se ne zmanjšajo na hipokampus

Kompleksnost se tu ne konča. Še manj, ko se je pokazalo, da se navigacijski sistemi ne zmanjšajo na hipokampus. To je omogočilo razširitev meja raziskav na druga področja možganov, s čimer so odkrili druge vrste celic, povezanih s celicami: Krmilne celice in robne celice.

Krmilne celice bi kodirale smer, v kateri se oseba premika in bi se nahajale v dorzalnem tegmentalnem jedru možganskega debla. Po drugi strani so robne celice celice, ki povečujejo hitrost žganja, saj se subjekt približuje mejam določenega prostora in jih je mogoče najti v subikulumsko specifičnem območju hipokampusa. Ponudili vam bomo poenostavljen primer, v katerem bomo poskušali povzeti funkcijo vsake vrste celice:

Predstavljajte si, da ste v jedilnici svoje hiše in da želite iti v kuhinjo. Ker ste v jedilnici vaše hiše, boste imeli sobno celico, ki bo streljala, medtem ko boste ostali v jedilnici, vendar pa, ker želite iti v kuhinjo, boste imeli še eno aktivirano celico, ki predstavlja kuhinjo. Aktivacija bo jasna, ker je vaša hiša prostor, ki ga popolnoma poznate in aktiviranje, ki ga bomo lahko odkrili tako v celicah mesta kot v celični mreži.

Zdaj pa začnite hoditi proti kuhinji. Na voljo bo skupina specifičnih naslovnih celic, ki bodo sedaj streljale in se ne bodo spremenile, dokler boste ohranili določeno smer. Zdaj pa si zamislite, da morate iti v kuhinjo in zaviti v desno in prečkati ozek hodnik. V trenutku, ko se obrnete, bodo vaše naslovne celice vedele, drugi niz celic naslovov pa bo registriral naslov, ki je zdaj aktiviran, prejšnje pa bodo deaktivirane..

Predstavljajte si tudi, da je hodnik ozek in da lahko napačno gibanje povzroči, da boste udarili v steno, tako da bodo vaše robne celice povečale stopnjo streljanja. Bližje ko ste na steni hodnika, višje bo razmerje streljanja vaših robnih celic. Pomislite na robne celice kot na senzorje, ki jih imajo nekateri novi avtomobili in ki povzročajo zvočni signal, ko manevrirate s parkiranjem. Robne celice delujejo na podoben način kot ti senzorji, čim bližje so večjemu hrupu. Ko pridete v kuhinjo, vam bodo vaše celice na mestu pokazale, da je prišla zadovoljivo in ker je to širše okolje, se bodo vaše robne celice sprostile..

Samo zapletimo vse

Zanimivo je misliti, da imajo naši možgani načine, da poznajo naš položaj. Še vedno pa se postavlja vprašanje: Kako uskladiti deklarativni spomin s vesoljsko navigacijo v hipokampusu ?, torej, kako naši spomini vplivajo na te zemljevide? Ali pa so bili naši spomini oblikovani iz teh zemljevidov? Da bi poskušali odgovoriti na to vprašanje, moramo še malo razmišljati. Druge študije so poudarile, da enake celice, ki šifrirajo prostor, o katerem smo že govorili, tudi kodirajo čas. Tako se je govorilo o tem časovne celice (Eichenbaum, 2014), ki bi kodificirala dojemanje časa.

Presenetljiva stvar v tem primeru je ta vedno več dokazov, ki podpirajo idejo, da so celične lokacije enake kot časovne celice. Nato lahko isti nevron, ki uporablja iste električne impulze, kodira prostor in čas. Odnos med kodiranjem časa in prostora v istem akcijskem potencialu in njihovim pomenom v spominu ostaja skrivnost.

Za zaključek: moje osebno mnenje

Moje mnenje o tem? Če vzamem obleko mojega znanstvenika, lahko to rečem človek je navajen razmišljati o lahki možnosti in radi mislimo, da možgani govorijo isti jezik kot mi. Problem je v tem, da nam možgani ponujajo poenostavljeno različico realnosti, ki jo sam obdeluje. Na način, podoben sencam Platonove jame. Torej, tako kot v kvantni fiziki, so ovire, ki jih razumemo kot resničnost, zlomljene, v nevroznanosti odkrijemo, da so stvari v možganih drugačne od sveta, ki ga zavestno zaznavamo in moramo imeti zelo odprt um, da stvari nimajo zakaj bi bili, kot smo jih zares zaznali.

Edino, kar imam jasno, je nekaj, kar je Antonio Damasio navadil ponavljati v svojih knjigah: možgani so odličen generator kart. Morda možgani interpretirajo čas in prostor na enak način, da preslikajo naše spomine. In če se zdi himerično, pomislite, da je Einsten v svoji teoriji relativnosti ena od teorij, ki jih je postavil, da čas ni mogoče razumeti brez prostora in obratno. Nedvomno razkritje teh skrivnosti je izziv, še toliko bolj, če so težki vidiki za študij na živalih.

Vendar pa si ni treba prizadevati za ta vprašanja. Najprej radovednosti. Če preučimo razširitev vesolja ali nedavno zabeležene gravitacijske valove, zakaj ne bi preučili, kako naši možgani interpretirajo čas in prostor? Drugič, številne nevrodegenerativne bolezni, kot je Alzheimerjeva bolezen, imajo kot prve simptome prostorsko časovno dezorientacijo. Če poznamo nevrofiziološke mehanizme tega kodiranja, lahko odkrijemo nove vidike, ki bodo pomagali bolje razumeti patološki potek teh bolezni in kdo ve, ali naj odkrijejo nove farmakološke ali nefarmakološke cilje..

Bibliografske reference:

  • Eichenbaum H. 2014. Časovne celice v hipokampusu: nova dimenzija za kartiranje spominov. Nature 15: 732-742
  • Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Kodiranje poti 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. Science 305: 1258-1264
  • Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Ukinitev dolgoročne stabilnosti novih celičnih zemljevidov hipokampusa z blokado receptorjev NMDA. Science 280: 2121-2126.
  • Monaco JD, Abbott LF. 2011. Modularna prilagoditev aktivnosti mrežnih celic kot osnova za remapiranje hipokampusa. J Neurosci 31: 9414-9425.
  • O'Keefe J, Speakman A. 1987. Enotna aktivnost enote v mišjem hipokampusu med nalogami prostorskega spomina. Exp Brain Res 68: 1 -27.
  • Scoville WB, Milner B (1957). Izguba nedavnega spomina po dvostranskem hipokampusiji. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.