'Поставите ћелије', нешто попут нашег ГПС-а

Април 25, 2024

Оријентација и истраживање у новим или непознатим просторима један је од когнитивних факултета које користимо најчешће. Користимо га да нас воде у нашој кући, нашем крају, да идемо на посао.

Такође зависимо од тога када путујемо у нови и непознати град за нас. Ми га користимо чак и када возимо и, вероватно, читатељ ће бити жртва небригда у својој оријентацији или у пратњи, који ће га осудити да буде изгубљен, присиљен је да се окрене колима док не са одговарајућом рутом.

Није грешка оријентације, то је кривица хипокампуса

Све су то ситуације које нас често фрустрирају и што нас доводе до проклетства наше орјентације или других са увредама, узвикама и разним понашањима. Па, јер ћу данас дати брусхстроке у неурофизиолошким механизмима оријентације , у нашем Браин ГПС да нас разуме

Почећемо тако што ћемо бити специфични: не би требало да проклињамо оријентацију, јер је то само производ наше неуронске активности у одређеним регионима. Зато ћемо почети псовати наш хипокампус.

Хипокампус као мождана структура

Еволутивно, хипокампус је древна структура, она је део акваријума, односно оних структура које су филогенетски старије у нашој врсти. Анатомски, то је део лимбичког система, у коме се налазе и друге структуре као што је амигдала. Лимбични систем се сматра морфолошким супстратом памћења, емоција, учења и мотивације.

Читач може, ако је навикнут на психологију, знати да је хипокампус неопходна структура за консолидацију декларативних сећања, то јест, с тим сећањима са епизодичним садржајем о нашим искуствима или с другим, семантичним (Надел и О'Кеефе, 1972) .

Доказ о томе су обилне студије које постоје о популарном случају "пацијента ХМ", пацијента чије су смјене хемисфере уклоњене, стварајући разарајућу антероградну амнезију, то јест, он није могао запамтити нове чињенице, иако је задржао већину од ваших сећања пре операције. За оне који желе да се продубе у овом случају препоручујем студије Сцовилле и Миллнер (1957) који су исцрпно проучавали пацијента ХМ-а.

Плаце Целлс: шта су они?

За сада не говоримо ништа ново или нешто чудно. Али то је било 1971. када је случајно откривена чињеница која је генерисала почетак проучавања навигационих система у мозгу. О'кеефе и Јохн Достровски, користећи интракранијалне електроде, може забележити активност хипокампалских неурона код пацова . Ово је понудило могућност да је током обављања различитих тестова понашања животиња била будна, свесна и слободна.

Оно што нису очекивали да открију, били су неурони који су селективно реаговали у зависности од подручја у коме је пацов. Није то што су на сваком положају били специфични неурони (на примјер не постоји неурон за ваше купатило), али да су их посматрали у ћелијама ЦА1 (специфичан регион хипокампуса) које су означавале референтне тачке које би могле бити прилагођене различитим просторима .

Ове ћелије су позване ставите ћелије. Због тога не ради се о неурону места за сваки специфичан простор који често чине, већ су референтне тачке које вас односе на ваше окружење; Овако се формирају егоцентрични навигациони системи. Место неурона ће такође формирати алендентричке навигационе системе који ће повезати елементе простора између њих.

Инате програмирање вс. искуство

Ово откриће је збунило многе неуросциентисте који су сматрали хипокампусом као декларативном структуром учења и сада су видели како је могао да кодира просторне информације. Ово је довело до хипотезе о "когнитивној мапи" која би постулирала да би се представљање наше околине генерисало у хипокампусу.

Баш као што је мозак одличан генератор мапа за друге сензорне модалитете, као што је кодирање визуелних, слушних и соматосензорних сигнала; није неразумно размишљати о хипокампусу као структури која генерише мапе нашег окружења и која гарантује нашу оријентацију у њима .

Истраживање је отишло и дало ову парадигму на тест у веома различитим ситуацијама. Видјено је, на примјер, да ћелије мјеста у задатку лавиринта пуцају када животиња чини грешке или када је у положају у којем би неурон обично пуцао (О'кеефе и Спеакман, 1987).У задацима у којима животиња треба да се креће кроз различите просторе видело се да неурони пуцају у зависности од тога одакле животиња долази и где то иде (Франк ет ал., 2000).

Како се формирају просторне мапе

Још један од главних фокуса истраживачког интереса у овој области био је начин на који се формирају ове просторне мапе. С једне стране, могли бисмо да мислимо да ћелије које успостављају своју функцију заснивају на искуству које добијамо када истражујемо окружење, или можда мислимо да је то основна компонента наших можданих кола, то је урођених. Питање још није јасно и можемо пронаћи емпиријски доказ који подржава обе хипотезе.

Са једне стране, експерименти Монака и Аббота (2014), који су забележили активност великог броја ћелија, видели су да када се животиња стави у нову средину неколико минута пролази док ове ћелије не почну снимати Нормалити Дакле, мапе места би се изразиле, на неки начин, од тренутка када животиња уђе у ново окружење , али искуство би модификовало ове мапе у будућности.

Стога, можда мислимо да пластичност мозга игра улогу у формирању просторних мапа. Тада, уколико пластичност заиста игра улогу, очекивали смо да ове нокатне мишеве на НМДА рецептор глутамата неуротрансмитера - тј. Мишеви који не изражавају овај рецептор - не би генерисали просторне мапе јер овај рецептор игра кључну улогу у пластичности мозга и учење

Пластичност игра важну улогу у одржавању просторних мапа

Међутим, то није случај и видело се да су коцкати мишеви на НМДА рецептор или мишеве који су фармаколошки третирани како би блокирали овај рецептор, изразити сличне обрасце одговора ћелија у новим или познатим срединама. Ово указује на то да је експресија просторних мапа независна од пластичности мозга (Кентрол и сар., 1998). Ови резултати би подржали хипотезу да су навигациони системи независни од учења.

Упркос свему, користећи логику, механизми церебралне пластичности морају бити очигледно потребни за стабилност у сећању на недавно формиране мапе. А, ако није тако, каква би била употреба искуства које се обликује шетањем улицама свог града? Зар не би увек имали осећај да је то први пут када смо ушли у нашу кућу? Верујем да су, као иу многим другим приликама, хипотезе више комплементарне него што се чини, а на неки начин, упркос урођеном функционисању ових функција, пластичност има улогу у одржавању ових просторних мапа у меморији .

Мрежа, адреса и ивичне ћелије

Апсолутно је апстрактно говорити о местима ћелија и вероватно више од једног читаоца био је изненађен што исто подручје мозга које ствара успомене нам служи, рецимо, ГПС. Али ми нисмо завршили и најбоље тек треба доћи. Хајде сада да заврнемо кривину. У почетку се сматрало да ће свемирска пловидба зависити искључиво од хипокампуса када би се видело да суседне структуре као што је енторхинални кортекс показују веома слабу активацију као функцију простора (Франк ет ал., 2000).

Међутим, у овим истраживањима забележена је активност у вентралним подручјима енторхиналног кортекса, ау каснијим студијама забележена су дорзална подручја која имају већи број веза са хипокампусом (Фихн ет ал., 2004). Дакле, онда примећено је да су многе ћелије овог региона пуцале у зависности од положаја, слично хипокампусу . До сада се очекује да ће пронаћи резултате, али када су одлучили да повећају површину коју би регистровали у енторхиналном кортексу, изненадили су се: међу групама неурона које су биле активиране у зависности од простора заузете од животиње појавили су се очигледно тихи зони - то јест, нису били активирано-. Када су региони који су показали активацију практично били спојени, узорци су примећени у облику шестерокутних или троуглова. Они су назвали ове неуроне енторхиналног кортекса "црвене ћелије".

Када су откривене црвене ћелије, било је могуће ријешити питање како се ћелије формирају. Пошто ћелије постављају бројне везе мрежних ћелија, није неразумно мислити да су они формирани од њих. Међутим, још једном ствари нису тако једноставне и експериментални докази нису потврдили ову хипотезу. Геометријски обрасци који формирају мрежне ћелије још нису могли да се тумаче.

Навигациони системи се не своде на хипокампус

Сложеност се не завршава овде. Још мање када се види да навигациони системи нису смањени на хипокампус. Ово је омогућило проширење граница истраживања на друге области мозга, откривајући и друге врсте ћелија које се односе на ћелије места: Управљачке ћелије и ивичне ћелије .

Ћелије управљања би кодирали правац у којем се субјект креће и биће смештен у дорзалном тегменталном језгру можданог стабла. С друге стране, ивичне ћелије су ћелије које повећавају брзину пуцања док се субјект приближава границама датог простора и може се наћи у субикулум-специфичном региону хипокампуса. Ми ћемо понудити поједностављени пример у којем ћемо покушати сумирати функцију сваке врсте ћелије:

Замислите да сте у трпезарији ваше куће и да желите да идете у кухињу. Будући да сте у трпезарији ваше куће, имаћете собну ћелију која ће пуцати док останете у трпезарији, али пошто желите да идете у кухињу, такође ћете имати још једну активирану собну ћелију која представља кухињу. Активација ће бити јасна јер је ваша кућа простор који савршено знате и активација може бити откривена како у ћелијама мјеста тако иу мрежи ћелија.

Сада почните да ходате према кухињи. Биће група специфичних ћелија адреса које ће сада пуцати и неће се мењати све док не задржите одређени правац. Замислите да идете у кухињу, морате скренути десно и прећи уски ходник. У тренутку када се окренете, ваше ћелије адреса ће то знати, а други скуп ћелија адреса ће регистровати правац који је сада покренут за активирање, а претходни ће бити деактивирани.

Замислите такође да је коридор уски и сваки лажни покрет може проузроковати ударање у зид, тако да ће вам ћелије на ивицама повећати брзину пуцања. Што сте ближе до зида коридора, већи коефицијент печења би показао ваше ивичне ћелије. Помислите на ивичне ћелије као сензоре који имају неки нови аутомобили и који чине звучни сигнал када маневришете да паркирате. Робне ћелије Они раде на сличан начин са овим сензорима, што су ближе колизији више буке коју чине . Кад стигнете у кухињу, ћелије ваше куће ће вам рећи да је стигло на задовољавајући начин и како је то шира околина, ваше ћелије ће се опустити.

Хајде само да компликујемо све

Занимљиво је мислити да наш мозак има начине да сазна нашу позицију. Али, још увек постоји питање: како да помиримо декларативно сјећање са свемирском пловидбом у хипокампусу, тј. Како наша успомена утјечу на ове мапе? Или је могуће да су се наша сјећања формирала на овим мапама? Да покушамо одговорити на ово питање, морамо размислити мало даље. Друге студије су истакле да исте ћелије које кодирају простор, о којима смо већ говорили, такође кодирају време . Дакле, о њима се говорило временских ћелија (Еицхенбаум, 2014), који би кодирао перцепцију времена.

Изненађујућа ствар у случају је то све више доказа подржавају идеју да се ћелије постављају исте као временске ћелије . Затим, исти неурон који користи исте електричне импулсе је у стању да кодира простор и време. Веза између кодирања времена и простора у истим акционим потенцијалима и њиховом значају у меморији остају мистерија.

У закључку: моје лично мишљење

Моје мишљење о томе? Узимам одећу мог научника, то могу рећи човек је навикнут да размишља о лакоћи и волимо да мислимо да мозак говори исти језик као и ми . Проблем је што нам мозак нуди поједностављену верзију стварности коју он сам процесира. На начин сличан сенкама Платоине пећине. Дакле, баш као иу квантним физичким баријерама онога што ми схватамо као стварност су прекинуте, у неурознаности откривамо да се у мозгу ствари разликују од света које ми свесно схватамо и да морамо имати отворен ум да ствари немају зашто бисмо их стварно схватали.

Једина ствар коју имам јасна је нешто што Антонио Дамасио користи да понавља много у својим књигама: мозак је одличан генератор мапе . Можда мозак тумачи време и простор на исти начин да мапира наша сећања. А ако вам се чини да је химеричан, мислите да је Еинстен у својој теорији релативности једна од теорија коју је претпоставио, да се то вријеме не може схватити без свемира, и обрнуто. Несумњиво откривање ових мистерија је изазов, још више када су тешки аспекти за учење на животињама.

Међутим, никакав напор не би требало поштовати овим питањима. Прво од радозналости. Ако проучимо ширење универзума или недавно забележене гравитацијске таласе, зашто не би проучавали како наш мозак тумачи време и простор? И друго, многе неуродегенеративне патологије као што је Алцхајмерова болест имају дезориентацију свемирског времена као први симптоми.Познавајући неурофизиолошке механизме овог кодирања, могли бисмо открити нове аспекте који ће помоћи да се боље разуме патолошки ток ових болести и, ко зна, открити нове фармаколошке или не-фармаколошке циљеве.

Библиографске референце:

Еицхенбаум Х. 2014. Временске ћелије у хипокампусу: нова димензија за мапирање успомена. Природа 15: 732-742
Франк ЛМ, Бровн ЕН, Вилсон М. 2000. Трајекторно кодирање у хипокампусу и енторхиналном кортексу. Неурон 27: 169-178.
Фихн М, Молден С, Виттер МП, Мосер ЕИ, Мосер М-Б. 2004. Просторно представљање у енторхиналном кортексу. Наука 305: 1258-1264
Кентрос Ц, Харгреавес Е, Хавкинс РД, Кандел ЕР, Схапиро М, Муллер РВ. 1998. Укидање дугорочне стабилности нових ћелијских карата хипокампа путем НМДА рецепторске блокаде. Наука 280: 2121-2126.
Монако ЈД, Абботт ЛФ. 2011. Модуларна промена активности ћелија ћелија као основа за ремаппинг хипокампуса. Ј Неуросци 31: 9414-9425.
О'Кеефе Ј, Спеакман А. 1987. Јединична активност у хипокампусу миша током задатка просторне меморије. Екп Браин Рес 68: 1-27.
Сцовилле ВБ, Милнер Б (1957). Губитак недавног памћења после билатералне хипокампалезије. Ј Неурол Неуросург Псицхиатри 20: 11-21.