"Miesto buniek", niečo ako náš mozog GPS

Apríl 4, 2024

Orientácia a skúmanie v nových alebo neznámych priestoroch je jednou z kognitívnych schopností, ktoré používame najčastejšie. Používame ho na to, aby nás v našom dome, v našom susedstve, viedol k práci.

Tiež sme na ňom závislí, keď cestujeme do nového a neznámeho mesta pre nás. Používame ho aj vtedy, keď budeme ísť a čitateľ bude pravdepodobne obeťou neopatrnosti v jeho orientácii alebo v družstve, ktorý ho odsúdil, aby sa stratil a bol nútený otočiť sa s autom, kým s príslušnou trasou.

Nie je to chyba orientácie, je to chyba hipokampu

Toto sú situácie, ktoré nás často potláčajú, a ktoré nás vedú k preklianiu našej orientácie alebo orientácie iných s urážkami, výkrikmi a rôznymi správaniami. No, pretože dnes budem dávať štetcom v neurofyziologických mechanizmoch orientácie , v našom Brain GPS porozumieť nám

Začneme tým, že budeme špecifický: nemali by sme prekrútiť orientáciu, pretože je to len produkt našej neurálnej aktivity v konkrétnych regiónoch. Preto začneme prekliatím nášho hippocampu.

Hipokampus ako štruktúra mozgu

Evolučne, hippocampus je starodávna štruktúra, je súčasťou arquiculture, teda tých štruktúr, ktoré sú fylogeneticky staršie v našom druhu. Anatomicky je to súčasť limbického systému, v ktorom sa nachádzajú aj iné štruktúry, ako napríklad amygdala. Systém Limbic je považovaný za morfologický substrát pamäti, emócií, učenia a motivácie.

Čitateľ, ak je zvyknutý na psychológiu, bude vedieť, že hippocampus je nevyhnutnou štruktúrou pre konsolidáciu deklaratívnych spomienok, tj s týmito spomienkami s epizodickým obsahom o našich skúsenostiach alebo inom, sémantický (Nadel a O'Keefe, 1972) ,

Dôkazom toho sú početné štúdie, ktoré existujú o populárnom prípade "pacienta HM", pacienta, ktorého dočasné hemisféry boli odstránené, produkujúce zničujúcu anterográdnu amnéziu, to znamená, že si nemohol zapamätať nové fakty, hoci si zachoval väčšinu vašich spomienok pred operáciou. Pre tých, ktorí sa chcú v tomto prípade prehĺbiť, odporúčam štúdiá Scoville a Millnera (1957), ktoré študovali pacienta HM vyčerpávajúco.

Miesto buniek: čo sú?

Zatiaľ nehovoríme nič nové, alebo nič prekvapujúce. Ale to bolo v roku 1971, keď náhodou bola objavená skutočnosť, ktorá vyvolala začiatok štúdia navigačných systémov v mozgu. O'keefe a John Dostrovski, používajúcich intrakraniálne elektródy, mohli zaznamenať aktivitu neurónov špecifických pre hipokampu u potkanov , To ponúka možnosť, že pri vykonávaní rôznych behaviorálnych testov bolo zviera bdelé, vedomé a voľne sa pohybovalo.

Čo neočakávali, že objavia, bolo, že existovali neuróny, ktoré reagovali selektívne v závislosti od oblasti, v ktorej bol potkan. Nie je to, že na každej pozícii boli špecifické neuróny (napr. Nie je žiadny neurón pre vašu kúpeľňu), ale že boli pozorované v CA1 (špecifickej oblasti hipokampu) buniek, ktoré označovali referenčné body, ktoré by mohli byť prispôsobené rôznym priestorom ,

Tieto bunky boli nazývané umiestniť bunky, Preto nie je to neuron miesta pre každý konkrétny priestor, ktorý ste často, ale skôr sú referenčné body, ktoré sa týkajú vášho prostredia; Takto sa tvoria egocentrické navigačné systémy. Miesto neurónov bude tiež tvoriť alokentrické navigačné systémy, ktoré budú vzťahovať prvky priestoru medzi nimi.

Inovatívne programovanie a zážitok

Tento objav zmätil mnohých neurochirurgov, ktorí považovali hippocampus za deklaratívnu štruktúru učenia a teraz videli, ako je schopný kódovať priestorové informácie. To viedlo k hypotéze "kognitívnej mapy", ktorá by predpokladala, že v hipokampe sa vytvorí reprezentácia nášho prostredia.

Rovnako ako mozog je vynikajúcim generátorom máp pre iné senzorické modality, ako je kódovanie vizuálnych, sluchových a somatosenzorických signálov; nie je nerozumné myslieť na hipokampus ako štruktúru, ktorá vytvára mapy nášho prostredia a ktorá zaručuje našu orientáciu v nich .

Výskum prešiel ďalej a dal túto paradigmu na test vo veľmi odlišných situáciách. Napríklad sa ukázalo, že bunky miesta v labyrintu úlohy strieľajú, keď zviera urobí chyby, alebo keď je v polohe, v ktorej by neurón zvyčajne strieľal (O'keefe a Speakman, 1987).Pri úlohách, v ktorých sa zviera musí pohybovať rôznymi priestormi, bolo zistené, že neuróny na miestach strieľajú v závislosti od toho, odkiaľ pochádzajú zvieratá a kde ide. (Frank et al., 2000).

Ako sa vytvárajú priestorové mapy

Ďalším hlavným zameraním záujmu výskumu v tejto oblasti bolo, ako sa tieto priestorové mapy vytvárajú. Na jednej strane by sme mohli myslieť, že miestne bunky si založia svoju funkciu na základe skúseností, ktoré dostávame pri skúmaní prostredia, alebo by sme si mohli myslieť, že je to základná súčasť našich mozgových okruhov, to je vrodené. Otázka ešte nie je jasná a môžeme nájsť empirické dôkazy, ktoré podporujú obe hypotézy.

Na jednej strane experimenty Monaka a Abbott (2014), ktoré zaznamenali aktivitu veľkého počtu buniek, zistili, že keď je zviera umiestnené do nového prostredia, niekoľko minút prechádza, kým tieto bunky začnú strieľať normálu. To znamená, mapy miest by sa vyjadrovali nejakým spôsobom od okamihu, keď zviera vstúpi do nového prostredia , ale skúsenosti by zmenili tieto mapy v budúcnosti.

Preto by sme si mohli myslieť, že mozgová plasticita hrá úlohu pri tvorbe priestorových máp. Potom, ak plasticita skutočne zohrávala určitú úlohu, očakávali by sme, že vyradené myši na NMDA receptor neurotransmiterového glutamátu - to znamená myši, ktoré nevyjadrujú tento receptor - by nevytvorili priestorové mapy, pretože tento receptor hrá zásadnú úlohu v plastickosti mozgu a učenia.

Plasticity zohrávajú dôležitú úlohu pri udržiavaní priestorových máp

Avšak to nie je prípad a bolo zistené, že knockout myši na NMDA receptor alebo myši, ktoré boli farmakologicky liečené na blokovanie tohto receptora, exprimujú podobné vzory odozvy buniek v nových alebo známych prostrediach. To naznačuje, že expresia priestorových máp je nezávislá od mozgovej plasticity (Kentrol et al., 1998). Tieto výsledky by podporili hypotézu, že navigačné systémy sú nezávislé od učenia.

Napriek všetkému, s využitím logiky, musia byť mechanizmy mozgovej plasticity jasne potrebné pre stabilitu v pamäti nedávno vytvorených máp. A ak by tomu tak nebolo, aké by bolo využitie skúsenosti, ktoré sa prejavuje prechodom po uliciach jeho mesta? Nemali by sme vždy pocit, že je to prvýkrát, čo sme vstúpili do nášho domu? Verím, že ako v mnohých iných príležitostiach, hypotézy sú komplementárnejšie než sa zdajú a nejakým spôsobom napriek vrodenému fungovaniu týchto funkcií, plasticita má úlohu pri udržiavaní týchto priestorových máp v pamäti .

Sieť, adresa a okrajové bunky

Je celkom abstraktné hovoriť o miestnych bunkách a možno viac ako jeden čitateľ bol prekvapený tým, že rovnaká oblasť mozgu, ktorá vytvára spomienky nám slúži, takpovediac, GPS. Ale my sme nie sú hotové a to najlepšie ešte príde. Teraz sa krútiť kučera naozaj. Spočiatku sa predpokladalo, že vesmírna navigácia závisí výlučne od hipokampu, keď sa zistí, že priľahlé štruktúry, ako napríklad entorinálny kôra, vykazujú ako funkciu priestoru veľmi slabú aktiváciu (Frank et al., 2000).

Avšak v týchto štúdiách bola zaznamenaná aktivita entorinálneho kortexu v ventrálnych oblastiach a v neskorších štúdiách boli zaznamenané dorzálne oblasti, ktoré majú väčší počet spojení s hipokampusom (Fyhn et al., 2004). Takže potom bolo pozorované, že veľa buniek tejto oblasti sa spaľovalo v závislosti od polohy, podobnej hipokampu , Zatiaľ sa očakávajú výsledky, ale keď sa rozhodnú rozšíriť oblasť, ktoré by sa zaregistrovali v entorinálnej kôre, mali prekvapenie: medzi skupinami neurónov, ktoré boli aktivované v závislosti od priestoru obsadeného zvieraťom, boli zjavne tiché zóny - to znamená, že neboli activadas-. Keď boli regióny, ktoré prejavili aktiváciu, prakticky spojené, vzorky boli pozorované vo forme hexagónov alebo trojuholníkov. Nazvali tieto neuróny entorinálneho kôra "červené krvinky".

Keď sa objavili červené krvinky, bolo možné vyriešiť otázku, ako sa vytvárajú bunky. Keď bunky umiestňujú početné pripojenia sieťových buniek, nie je nerozumné si myslieť, že sú z nich vytvorené. Avšak opäť veci nie sú také jednoduché a experimentálne dôkazy túto hypotézu nepotvrdili. Geometrické vzory, ktoré vytvárajú sieťové bunky, zatiaľ nebolo možné interpretovať.

Navigačné systémy sa neredukujú na hipokampus

Zložitosť tu nekončí. Ešte menej, ak sa zistí, že navigačné systémy nie sú redukované na hipokampus. To umožnilo rozšíriť hranice výskumu na iné oblasti mozgu a tak objaviť iné bunkové typy súvisiace s bunkami miesta: Riadiace bunky a okrajové články .

Riadiace bunky by kódovali smer, ktorým sa subjekt pohybuje a bol by umiestnený v dorzálnom tegmentálnom jadre mozgového kmeňa. Na druhej strane okrajové bunky sú bunky, ktoré zvyšujú ich rýchlosť spaľovania, keď sa subjekt približuje hranici daného priestoru a môže sa nachádzať v subskulárne špecifickej oblasti hipokampu. Budeme ponúkať zjednodušený príklad, v ktorom sa budeme snažiť zhrnúť funkciu každého typu bunky:

Predstavte si, že ste v jedálni vášho domu a že chcete ísť do kuchyne. Keďže ste v jedálni vášho domu, budete mať izbovú bunku, ktorá bude strieľať počas pobytu v jedálni, ale odkedy chcete ísť do kuchyne, budete mať aj inú aktivovanú bunku, ktorá predstavuje kuchyňu. Aktivácia bude jasná, pretože váš dom je priestor, ktorý viete perfektne a aktiváciu môžete zistiť ako v bunkách miesta, tak v bunkovej sieti.

Teraz začnite chodiť do kuchyne. K dispozícii bude skupina konkrétnych buniek adries, ktoré budú teraz spustené a nebudú sa meniť, pokiaľ budete udržiavať určitý smer. Teraz si predstavte, že ísť do kuchyne musíš odbočiť vpravo a prejsť cez úzku chodbu. V momente, keď sa otočíte, vaše bunky adresy to znajú a ďalšia sada buniek adresy zaregistruje smer, ktorý už vykonal, aby sa aktivoval, a predchádzajúce sú deaktivované.

Predstavte si tiež, že chodba je úzka a akýkoľvek falošný pohyb môže spôsobiť, že narazíte na stenu, takže vaše okrajové bunky zvýšia vašu rýchlosť streľby. Čím bližšie sa dostanete ku stene koridoru, tým vyšší je pomer paľby, ktorý by zobrazoval okrajové bunky. Premýšľajte o okrajových bunkách ako o snímačoch, ktoré majú niektoré nové autá a ktoré vydávajú zvukový signál pri manévrovaní na parkovanie. Okrajové bunky Pracujú podobne ako tieto snímače, tým bližšie sú k zrážke väčšieho hluku, ktorý robia , Keď dorazíte do kuchyne, vaše bunky vám oznámia, že sa dostalo uspokojivo a keďže ide o širšie prostredie, vaša okrajová bunka sa uvoľní.

Len to všetko komplikujeme

Je zaujímavé si myslieť, že náš mozog má spôsob, ako poznať našu pozíciu. Existuje však ešte otázka: Ako zosúladiť deklaratívnu pamäť s vesmírnou navigáciou v hipokampe? To znamená, ako naše spomienky ovplyvňujú tieto mapy? Alebo je možné, že naše spomienky boli vytvorené z týchto máp? Aby sme sa pokúsili odpovedať na túto otázku, musíme si o niečo ďalej myslieť. Ďalšie štúdie poukázali na to, že rovnaké bunky, ktoré kódujú priestor, o ktorom sme už hovorili, tiež kódujú čas , Preto sa hovorilo o časové bunky (Eichenbaum, 2014), ktorý by kódoval vnímanie času.

Prekvapujúcou vecou je to stále viac a viac dôkazov podporujúcich myšlienku, že bunky miest sú rovnaké ako časové bunky , Potom ten istý neurón, ktorý používa rovnaké elektrické impulzy, dokáže kódovať priestor a čas. Vzťah medzi kódovaním času a priestoru v tých istých akčných potenciáloch a ich významom v pamäti zostáva záhadou.

Na záver: môj osobný názor

Môj názor na to? Odloženie môjho robota vedca, to môžem povedať ľudská bytosť je zvyknutá premýšľať o ľahkej možnosti a radi si myslíme, že mozog hovorí rovnakým jazykom ako my , Problémom je, že mozog nám ponúka zjednodušenú verziu reality, ktorú sám spracováva. Podobne ako tiene platónskej jaskyne. Rovnako ako v kvantovej fyzikálnej bariére toho, čo chápeme ako skutočnosť, sú rozdelené, v neurovede zistíme, že v mozgu sa veci líšia od sveta, ktoré si vedome vníma a musíme mať veľmi otvorenú myseľ, že veci nemajú prečo je to, ako ich naozaj vnímame.

Jediná vec, ktorú som objasnil, je niečo, čo Antonio Damasio zvykne vo svojich knihách veľa opakovať: mozog je skvelý generátor máp , Možno, že mozog interpretuje čas a priestor rovnakým spôsobom ako mapovať naše spomienky. A ak sa zdá byť chimérické, že si myslíte, že Einsten vo svojej teórii relativity bola jednou z teórií, ktorú predpokladal, že čas sa nedá pochopiť bez priestoru a naopak. Nepochybne odhalenie týchto tajomstiev je výzvou, a to ešte viac, keď sú náročné na štúdium zvierat.

Na tieto otázky by sa však nemalo vynaložiť žiadne úsilie. Najprv zvedavosť. Ak budeme študovať expanziu vesmíru alebo nedávno zaznamenané gravitačné vlny, prečo by sme neštudovali, ako náš mozog interpretuje čas a priestor? Po druhé, mnohé z neurodegeneratívnych patologických stavov, ako je Alzheimerova choroba, majú ako prvé príznaky dezorientáciu v časopriestore.Keď poznáme neurofyziologické mechanizmy tohto kódovania, môžeme objaviť nové aspekty, ktoré pomôžu lepšie pochopiť patologický priebeh týchto ochorení a kto vie, objaviť nové farmakologické alebo nefarmakologické ciele.

Bibliografické odkazy:

Eichenbaum H. 2014. Časové bunky v hipokampe: nová dimenzia pre mapovanie pamätí. Nature 15: 732-742
Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Trajektória kódujúca v hipokampu a entorinálnej kôre. Neuron 27: 169-178.
Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. Priestorové znázornenie v entorinálnom kôre. Science 305: 1258-1264
Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Zrušenie dlhodobej stability nových bunkových hipokampálnych miest pomocou blokády NMDA receptorov. Science 280: 2121-2126.
Monaco JD, Abbott LF. 2011. Modulárna zmena aktivity buniek v mriežke ako základ pre premiestnenie hipokampu. J Neurosci 31: 9414-9425.
O'Keefe J, Speakman A. 1987. Jednotková aktivita v myši hippocampus počas úlohy priestorovej pamäte. Exp Brain Res. 68: 1-27.
Scoville WB, Milner B (1957). Strata nedávnej pamäti po dvojstrannej hipokampaléze. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.