„Vietos ląstelės“, kažkas panašaus į mūsų smegenų GPS

Orientacija ir tyrinėjimas naujose ar nežinomose erdvėse yra vienas iš kognityvinių gebėjimų, kuriuos mes dažniausiai naudojame. Mes naudojame jį vadovauti mums mūsų namuose, mūsų kaimynystėje, eiti į darbą.

Mes taip pat priklauso nuo to, kai mes keliaujame į naują ir nežinomą miestą. Mes jį naudojame net vairuodami ir, galbūt, skaitytojas nukentės nuo neatsargumo dėl savo orientacijos ar draugo, kuris jį pasmerkė pasiklysti, priverstas keliauti su automobiliu, kol jis duos su tinkamu maršrutu.

Tai ne orientacijos kaltė, tai yra hipokampo kaltė

Visa tai yra situacijos, kurios dažnai mus sujaudina ir verčia mus prakeikti savo orientaciją ar kitų, nukreiptų į įžeidimus, šaukimus ir įvairius elgesius. Geras, Šiandien aš suteiksiu šepetį neurofiziologiniais orientacijos mechanizmais, mūsų Smegenų GPS suprasti mus.

Pradėsime būti būdingi: neturėtume prakeikti orientacijos, nes tai yra tik mūsų nervų veiklos tam tikruose regionuose rezultatas. Todėl pradėsime kirpdami mūsų hipokampus.

Hipokampas kaip smegenų struktūra

Akivaizdu, kad hipokampas yra senovinė struktūra, tai yra keramikos dalis, t. Anatomiškai tai yra limbinės sistemos dalis, kurioje randamos ir kitos struktūros, pvz., Amygdala. Limbinė sistema laikoma atminties, emocijų, mokymosi ir motyvacijos morfologiniu pagrindu.

Skaitytojas, jei jis yra pripratęs prie psichologijos, žinos, kad hipokampas yra būtina struktūra deklaracinių prisiminimų įtvirtinimui, ty su prisiminimais, kuriuose epizodinis turinys yra apie mūsų patirtį arba, kita vertus, semantinę (Nadel ir O'Keefe, 1972).

Tai įrodo gausūs tyrimai apie populiarią „paciento HM“ atvejį, pacientą, kurio laikinieji pusrutuliai buvo pašalinti, sukeldami pražūtingą anterogradinę amneziją, ty jis negalėjo įsiminti naujų faktų, nors ir išlaikė didžiąją dalį savo prisiminimus prieš operaciją. Tiems, kurie nori giliau šioje byloje, rekomenduoju „Scoville“ ir „Millner“ tyrimus (1957), kurie išsamiai ištyrė HM pacientą.

Vietos ląstelės: kas jos yra??

Iki šiol mes nieko naujo nesakome ar nieko neįtikėtino. Bet tai buvo 1971 m., Kai atsitiktinai buvo aptiktas faktas, dėl kurio buvo pradėtas smegenų navigacijos sistemų tyrimas. O'keefe ir John Dostrovski, naudojant intrakranijinius elektrodus, gali užfiksuoti hippokampo specifinių neuronų aktyvumą žiurkėse. Tai suteikė galimybę, kad atliekant skirtingus elgsenos testus gyvūnas buvo pabudęs, sąmoningas ir laisvai judėjęs.

Tai, ko jie nesitikėjo, buvo tai, kad buvo neuronų, kurie pasirinktinai reagavo priklausomai nuo žiurkės buvimo vietos. Ne tai, kad kiekvienoje pozicijoje buvo specifinių neuronų (pvz., Jūsų vonios kambariui nėra neurono), bet jie buvo pastebėti CA1 (specifiniame hipokampo regione) ląstelių, pažymėjusių atskaitos taškus, kurie galėtų būti pritaikyti skirtingoms erdvėms.

Šios ląstelės buvo vadinamos patalpinkite ląsteles. Todėl nėra, kad kiekvienoje konkrečioje erdvėje yra vietos neuronas, bet jie yra atskaitos taškai, kurie jus sieja su jūsų aplinka; Taip sukuriamos egocentrinės navigacijos sistemos. Vieta neuronai taip pat sudarys paskirstymo navigacijos sistemas, kurios susieja erdvės elementus tarp jų.

Įsišaknijęs programavimas ir patirtis

Šis atradimas supainiojo daugelį neurologų, kurie laikė hipokampą kaip deklaratyvią mokymosi struktūrą ir dabar matė, kaip jis sugebėjo koduoti erdvinę informaciją. Dėl to atsirado hipotezė „pažintiniam žemėlapiui“, kuriame teigiama, kad hipokampe bus sukurtas mūsų aplinkos vaizdas..

Lygiai taip pat, kaip smegenys yra puikus generatorius žemėlapiams kitiems jutimo būdams, pvz., Vizualių, klausos ir somatosensorinių signalų kodavimui; Neįtikėtina galvoti apie hipokampą kaip struktūrą, kuri generuoja mūsų aplinkos žemėlapius ir garantuoja mūsų orientaciją į juos.

Tyrimas tęsėsi ir šį paradigmą išbandė labai skirtingose ​​situacijose. Pavyzdžiui, buvo matyti, kad labirinto užduočių vietos ląstelės fotografuoja, kai gyvūnas daro klaidas arba kai jis yra padėtyje, kurioje neuronas paprastai šaudytų (O'keefe ir Speakman, 1987). Užduotyse, kuriose gyvūnas turi judėti per skirtingas erdves, buvo matyti, kad neuronai šaudomi priklausomai nuo to, kur gyvūnas yra kilęs ir kur jis vyksta (Frank ir kt., 2000).

Kaip formuojami erdvės žemėlapiai

Kitas svarbiausias šios srities mokslinių tyrimų dėmesys buvo skirtas šių erdvinių žemėlapių formavimui. Viena vertus, mes galėtume manyti, kad vietovės ląstelės savo funkciją sukuria remdamosi gauta patirtimi, kai mes tyrinėjame aplinką, arba galime manyti, kad tai yra mūsų smegenų grandinių, ty įgimtos, pagrindas. Klausimas dar nėra aiškus ir mes galime rasti empirinių įrodymų, patvirtinančių abi hipotezes.

Viena vertus, Monako ir Abboto (2014) eksperimentai, kuriuose užfiksuotas daugelio ląstelių aktyvumas, parodė, kad kai gyvūnas įdedamas į naują aplinką, kelios minutės praeina, kol šios ląstelės pradės šaudyti. Paprastumas Taigi, tada, vietos žemėlapiai būtų išreikšti tam tikru būdu nuo momento, kai gyvūnas patenka į naują aplinką, bet patirtis pakeistų šiuos žemėlapius ateityje.

Todėl galime manyti, kad smegenų plastiškumas vaidina vaidmenį formuojant erdvinius žemėlapius. Tada, jei plastiškumas iš tikrųjų suvaidino vaidmenį, mes tikimės, kad pelės išstumtų į neurotransmiterio glutamato NMDA receptorių - tai yra pelių, kurios neišreiškia šio receptoriaus, - nesukuria erdvinių žemėlapių, nes šis receptorius vaidina pagrindinį vaidmenį smegenų plastikumo ir mokymasis.

Plastiškumas atlieka svarbų vaidmenį palaikant erdvinius žemėlapius

Tačiau taip nėra, ir buvo matyti, kad nukenksminamos pelės į NMDA receptorių arba pelių, kurios buvo gydytos farmakologiškai, kad blokuotų šį receptorių, ekspresija, išreiškia panašius ląstelių atsako būdus naujose ar pažįstamose aplinkose. Tai rodo, kad erdvinių žemėlapių išraiška nepriklauso nuo smegenų plastiškumo (Kentrol ir kt., 1998). Šie rezultatai paremtų hipotezę, kad navigacijos sistemos yra nepriklausomos nuo mokymosi.

Nepaisant visko, naudojant logiką, smegenų plastiškumo mechanizmai turi būti aiškiai būtini norint sukurti stabilumą neseniai suformuotų žemėlapių atmintyje. Ir jei taip nebūtų, koks būtų patirtis, kurią viena forma formuoja vaikščiojant miesto gatvėmis? Ar ne visada turėtume jausmą, kad tai yra pirmas kartas, kai įeisime į namus? Manau, kad, kaip ir daugeliu kitų atvejų, hipotezės yra labiau viena kitą papildančios, nei atrodo ir, nors tam tikra prasme, nepaisant įgimtų šių funkcijų veikimo, Plastiškumas turi atlikti savo vaidmenį išsaugant šiuos erdvinius žemėlapius atmintyje.

Tinklo, adreso ir krašto ląstelės

Tai gana abstrakti kalbėti apie vietos ląsteles ir galbūt daugiau nei vienas skaitytojas buvo nustebintas, kad ta pati smegenų sritis, kurianti prisiminimus, tarnauja mums, taip sakant, GPS. Bet mes nebaigėme ir geriausias dar ateis. Dabar išgarsinkime garbaną. Iš pradžių buvo manoma, kad kosminė navigacija priklausys tik nuo hipokampo, kai buvo pastebėta, kad gretimos struktūros, pvz., Entorinalinė žievė, parodė labai silpną aktyvavimą kaip erdvės funkciją (Frank ir kt., 2000).

Tačiau šiuose tyrimuose buvo užregistruotas aktyvumas viduje esančiose žarnų žievės dalyse ir vėlesniuose tyrimuose buvo užfiksuoti nugaros plotai, kurie turi daugiau jungčių su hipokampu (Fyhn ir kt., 2004). Taigi, tada pastebėta, kad daugelis šio regiono ląstelių, priklausomai nuo vietos, buvo panašios į hipokampą. Iki šiol buvo tikimasi rasti rezultatus, bet kai jie nusprendė padidinti plotą, kurį jie užregistruotų entorinalinėje žievėje, jie nustebino: tarp neuronų grupių, kurios buvo aktyvuotos priklausomai nuo vietos užimamos vietos, buvo akivaizdžiai tylios zonos - tai buvo, kad jie nebuvo aktyvuota-. Kai regionai, kurie parodė aktyvavimą, buvo faktiškai sujungti, buvo matyti šešiakampiai arba trikampiai. Jie vadinami šiais entorfinio žievės „raudonųjų ląstelių“ neuronais..

Aptinkant raudonąsias ląsteles, buvo galima išspręsti klausimą, kaip susidaro ląstelės. Ląstelės turi daug jungčių tinklo ląstelėse, todėl nėra nepagrįsta manyti, kad jie yra suformuoti iš jų. Tačiau dar kartą, viskas nėra taip paprasta ir eksperimentiniai įrodymai nepatvirtino šios hipotezės. Geometriniai modeliai, kurie sudaro tinklo ląsteles, dar negali būti interpretuojami.

Navigacijos sistemos nėra sumažintos iki hipokampo

Sudėtingumas čia nesibaigia. Dar mažiau, kai pastebėta, kad navigacijos sistemos nėra sumažintos iki hipokampo. Tai leido išplėsti mokslinių tyrimų ribas kitoms smegenų sritims ir taip atrasti kitų tipų ląstelių, susijusių su ląstelėmis: Vairo elementai ir briaunos.

Vairavimo elementai koduotų kryptį, kuria subjektas juda ir būtų išdėstytas smegenų kamieno dorsalinio tegmentalio branduolyje. Kita vertus, krašto ląstelės yra ląstelės, kurios padidina jų šaudymo spartą, nes subjektas priartėja prie tam tikros erdvės ribų ir gali būti randamas specifiniame hipokampo regione. Mes pasiūlysime supaprastintą pavyzdį, kuriame bandysime apibendrinti kiekvienos rūšies ląstelių funkciją:

Įsivaizduokite, kad esate valgomajame savo namuose ir norite eiti į virtuvę. Kadangi esate valgomajame savo namuose, turėsite kambario langelį, kuris užsidegs, kol apsistosite valgomajame, bet kadangi norite eiti į virtuvę, taip pat turėsite kitą aktyvintą kamerą, kuri atstovauja virtuvę. Aktyvinimas bus aiškus, nes jūsų namas yra erdvė, kurią puikiai žinote, ir aktyvavimas, kurį galėsime aptikti tiek vietos, tiek ląstelių tinkle.

Dabar pradėkite vaikščioti link virtuvės. Bus konkrečių adresų langelių grupė, kuri dabar bus šaudoma ir nekeičia tol, kol išlaikysite tam tikrą kryptį. Dabar įsivaizduokite, kad eiti į virtuvę turite pasukti į dešinę ir kirsti siaurą koridorių. Kai jūs pasukite, jūsų adresų ląstelės žinos, o kitas adresų ląstelių rinkinys užregistruos dabar įjungtą adresą ir ankstesni bus išjungti.

Taip pat įsivaizduokite, kad koridorius yra siauras ir bet koks klaidingas judėjimas gali sukelti paspaudimą prie sienos, todėl jūsų krašto langeliai padidins jūsų šaudymo greitį. Kuo arčiau jūs pateksite į koridoriaus sieną, tuo didesnis šaudymo santykis parodys jūsų krašto ląsteles. Pagalvokite apie krašto ląsteles kaip jutiklius, kuriuos turi kai kurie nauji automobiliai ir kurie girdi signalą, kai manevruojate parkuoti. Krašto ląstelės jie dirba panašiai kaip šie jutikliai, kuo arčiau jie susiduria su tuo, ką jie daro. Kai atvyksite į virtuvę, jūsų vietovės ląstelės jums parodys, kad jis patenkinamai atvyko ir kadangi tai yra platesnė aplinka, jūsų krašto ląstelės atsipalaiduos.

Tiesiog apsunkinsime viską

Įdomu manyti, kad mūsų smegenys turi būdų, kaip pažinti mūsų poziciją. Tačiau vis dar kyla klausimas: kaip suderinti deklaracinę atmintį su erdvine navigacija hippokampe ?, tai yra, kaip mūsų prisiminimai įtakoja šiuos žemėlapius? Arba gali būti, kad mūsų prisiminimai buvo suformuoti iš šių žemėlapių? Norėdami bandyti atsakyti į šį klausimą, turime šiek tiek toliau galvoti. Kiti tyrimai parodė, kad tos pačios ląstelės, kurios koduoja erdvę, kurios mes jau kalbėjome, koduoja laiką. Taigi kalbama apie laiko ląsteles (Eichenbaum, 2014), kuris koduotų laiko suvokimą.

Stebinantis dalykas yra tai, kad vis daugiau ir daugiau įrodymų, patvirtinančių idėją, kad ląstelės yra tokios pačios kaip laiko ląstelės. Tada tas pats neuronas, naudodamas tuos pačius elektros impulsus, gali koduoti erdvę ir laiką. Ryšys tarp laiko ir erdvės kodavimo tose pačiose veikimo galimybėse ir jų svarba atmintyje lieka paslaptis.

Apibendrinant: mano asmeninė nuomonė

Mano nuomonė apie tai? Atsisakydamas mano mokslininko drabužį, galiu tai pasakyti žmogus yra įpratęs mąstyti apie paprastą variantą ir norėtume galvoti, kad smegenys kalba ta pačia kalba kaip ir mes. Problema ta, kad smegenys suteikia mums supaprastintą realybės versiją, kurią jis pats vykdo. Panašiai kaip ir Platono urvas. Taigi, lygiai taip pat kaip kvantinės fizikos kliūtys, ką mes suprantame kaip realybę, yra pažeistos, nervų moksle mes atrandame, kad smegenyse dalykai skiriasi nuo pasaulio, apie kurį mes sąmoningai suvokiame, ir turime turėti labai atvirą mintį, kad dalykai neturi kodėl taip, kaip mes juos suvokiame.

Vienintelis dalykas, kurį turiu aiškus, yra tai, ką Antonio Damasio paprasta kartoti savo knygose: smegenys yra puikus žemėlapių generatorius. Galbūt smegenys laiko ir erdvę interpretuoja taip pat, kaip žemėlapyje prisiminti. Ir jei atrodo, kad chimerinis, manau, kad Einstenas savo reliatyvumo teorijoje yra viena iš teorijų, kurias jis teigė, kad laikas negalėjo būti suprantamas be erdvės, ir atvirkščiai. Be abejo, šių paslapčių atskleidimas yra iššūkis, dar labiau, kai jie yra sunkūs aspektai studijuoti su gyvūnais.

Tačiau šiais klausimais neturėtų būti skiriama jokių pastangų. Pirmasis smalsumas. Jei ištirsime visatos išplitimą ar neseniai užfiksuotas gravitacines bangas, kodėl neturėtume ištirti, kaip mūsų smegenys interpretuoja laiką ir erdvę? Ir, antra, daugelis neurodegeneracinių ligų, tokių kaip Alzheimerio liga, turi laiko ir laiko disorientaciją kaip pirmuosius simptomus. Žinodami šio kodavimo neurofiziologinius mechanizmus, galėtume atrasti naujus aspektus, kurie padėtų geriau suprasti šių ligų patologinį kelią ir, kas žino, ar atrasti naujus farmakologinius ar nefarmakologinius tikslus..

Bibliografinės nuorodos:

• Eichenbaum H. 2014. Laiko ląstelės hippokampe: naujas matmenų atvaizdavimas. Nature 15: 732-742
• Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Trajektorija, koduojanti hipokampe ir entorfininėje žievėje. Neuron 27: 169-178.
• Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. Erdvinis reprezentavimas entorinalinėje žievėje. Science 305: 1258-1264
• Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998 m. Panaikinus ilgalaikį naujų hipokampo ląstelių žemėlapių stabilumą NMDA receptorių blokada. Science 280: 2121-2126.
• Monakas JD, Abbott LF. 2011. Modulinis tinklelio ląstelių veiklos perskirstymas kaip hipokampo atkūrimo pagrindas. J Neurosci 31: 9414-9425.
• O'Keefe J, Speakman A. 1987. Vieno vieneto aktyvumas pelės hipokampe per erdvinės atminties užduotį. Exp Brain Res 68: 1 -27.
• Scoville WB, Milner B (1957). Pastarosios atminties praradimas po dvišalio hipokampo pažeidimo. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.