"Vieta ląstelės", kažkas panašaus į mūsų smegenų GPS

Balandis 3, 2024

Orientacija ir tyrinėjimas naujose ar nežinomose erdvėse yra vienas iš pažinimo funkcijų, kuriuos dažniausiai naudojame. Mes naudojame tai, kad galėtume vadovautis mūsų namuose, mūsų kaimynystėje, eiti į darbą.

Mes taip pat priklauso nuo to, kai mes keliaujame į naują ir nežinomą miestą už mus. Mes naudojame ją net vairuojant ir, galbūt, skaitytojui bus buvęs neatsargumo auka savo orientyme ar kompaniono, kuris pasmerks jį prarasti, yra priverstas apsisukti automobiliu, kol jis su atitinkamu maršrutu.

Tai nėra orientacijos kaltė, tai yra hipokampo kaltė

Visa tai yra situacijos, kurios mums dažnai sutrikdo ir lemia mus prakeikti mūsų ar kitų įžeidimų, šauksmų ir įpročių įpročių orientavimui. Gerai nes šiandien aš suteiksiu šepetėlį į neurofiziologinius orientavimo mechanizmus , mūsų Smegenų GPS suprasti mus

Pradėsime nuo konkretaus dalyko: neturėtume keiktis orientacijos, nes tai yra tik mūsų nervų veiklos tam tikruose regionuose rezultatas. Todėl mes pradėsime prakeikdami hipokampą.

Hipokampis kaip smegenų struktūra

Evoliuciniu požiūriu, hipokampis yra senovės struktūra, ji yra arquiculture dalis, tai yra tos struktūros, kurios filogenetiniu požiūriu yra vyresnės mūsų rūšyse. Anatomiškai jis yra limbinės sistemos dalis, kurioje taip pat yra ir kitų struktūrų, tokių kaip migdolos. Limbinė sistema laikoma atminties, emocijų, mokymosi ir motyvacijos morfologine substrate.

Galbūt, skaitytojas, jei jis yra pripratęs prie psichologijos, žinos, kad hipokampas yra būtina deklaratyviųjų prisiminimų konsolidavimo struktūra, ty su epizodiniu turiniu apie mūsų patirtį ir semantine atmintine (Nadel ir O'Keefe, 1972) ,

Tai patvirtina daugybė tyrimų, susijusių su "paciento HM", paciento, kurio laikinieji pusrutuliai buvo pašalinti, sukėlė niokojančią anterograde amneziją, ty jis negalėjo įsiminti naujų faktų, nors jis išlaiko didžiąją dalį savo prisiminimų prieš operaciją. Tiems, kurie nori gilinti šiuo atveju, rekomenduosiu Scoville ir Millner (1957 m.) Tyrimus, kurie išsamiai ištyrė HM pacientą.

Vietos ląstelės: kas jos yra?

Kol kas mes nesakome nieko naujo ar nieko nuostabaus. Bet tai buvo 1971 m., Kai atsitiktinai atsirado faktas, kuris sukūrė navigacijos sistemų tyrimą smegenyse. O'keefe ir John Dostrovski, naudojant intrakranijinius elektrodus, galėjo užfiksuoti hipokampo specifinių neuronų veiklą žiurkėms , Tai suteikė galimybę, kad atliekant įvairius elgsenos tyrimus, gyvūnas buvo budrus, sąmoningas ir laisvai juda.

Ką jie nenorėjo atrasti, buvo tai, kad buvo neuronų, kurie reagavo selektyviai, priklausomai nuo to, kur buvo žiurkė. Ne kiekvienu atveju yra specifinių neuronų (pvz., Jūsų vonios kambariui nėra neurono), bet jie buvo pastebėti CA1 (tam tikrame hippocampus regione) ląstelėse, kuriose pažymėti atskaitos taškai, kuriuos galima pritaikyti skirtingoms erdvėms ,

Šios ląstelės buvo vadinamos vieta langelius, Todėl ne kiekvienu konkrečiu jūsų dažniu erdvėje yra neuronų vieta, bet jie yra orientaciniai taškai, susiję su jūsų aplinka; Taip sukuriamos egocentrinės navigacijos sistemos. Neuronų vieta taip pat formuos nukreipiančias navigacines sistemas, kurios susieja erdvės elementus tarp jų.

Inteliškas programavimas ir patirtis

Šis atradimas priblokino daugelį neurologų, kurie laikė hipokampu kaip deklaratyvią mokymosi struktūrą ir dabar pamatė, kaip ji galėjo koduoti erdvinę informaciją. Tai sukėlė hipotezę apie "pažintinį žemėlapį", kuris primintų, kad hipokampa sukuria mūsų aplinkos vaizdą.

Kaip smegenys yra puikus kitų jutiminių būdų žemėlapių generatorius, pvz., Vizualiųjų, garsinių ir somatosensorių signalų kodavimas; nėra neprotinga galvoti apie hipokampą kaip struktūrą, kuri gamina mūsų aplinkos žemėlapius ir garantuoja mūsų orientaciją į juos .

Tyrimas praėjo toliau ir šią paradigmą pritaikė bandymui labai skirtingose situacijose. Pavyzdžiui, buvo pastebėta, kad labirinto užduočių vietos ląstelės užfiksuotos, kai gyvūnas suklydo arba kai jis paprastai yra šaudęs (O'keefe ir Speakman, 1987).Užduotyse, kuriose gyvūnas turi judėti per skirtingas erdves, buvo pastebėta, kad neuronai šaudomi priklausomai nuo to, iš kur gyvūnas ateina ir kur jis eina (Frank ir kt., 2000).

Kaip formuojami erdviniai žemėlapiai

Kitas svarbus mokslinių tyrimų dėmesys šioje srityje buvo šių erdvinių žemėlapių formavimas. Viena vertus, mes galėtume manyti, kad vietovės ląstelės nustato savo funkciją, remdamiesi patirtimi, kurią gauname, kai mes tiriame aplinką, arba galime manyti, kad tai yra pagrindinė mūsų smegenų grandinių sudedamoji dalis, tai yra, įgimta. Klausimas dar nėra aiškus, ir mes galime rasti empirinius įrodymus, kurie palaiko abi hipotezes.

Viena vertus, "Monaco" ir "Abbott" (2014 m.) Eksperimentai, užfiksavę daugelio ląstelių aktyvumą, parodė, kad, kai gyvūnas dedamas į naują aplinką, praeina kelios minutės, kol šios ląstelės pradės šaudyti Normalumas Taigi, vietos žemėlapiai bus išreikšti tam tikru būdu nuo momento, kai gyvūnas pateks į naują aplinką , tačiau patirtis pakeis šiuos žemėlapius ateityje.

Todėl galime manyti, kad smegenų plastiškumas vaidina vaidmenį formuojant erdvinius žemėlapius. Tada, jei plastiškumas iš tikrųjų vaidino svarbų vaidmenį, mes tikėtume, kad nukleojančios pelės NMDA receptorių neurotransmiterio glutamatui, tai yra pelėms, kurios neišreiškia šio receptoriaus, nesukurtų erdvinių žemėlapių, nes šis receptorius vaidina esminį vaidmenį smegenų plastiškumui ir mokymasis

Plastingumas atlieka svarbų vaidmenį išlaikant erdvinius žemėlapius

Tačiau tai nėra atvejis, ir buvo pastebėta, kad NMDA receptorių pelėms ar pelėms, kurios buvo gydomos farmakologiškai blokuojant šį receptorių, išreiškiamos panašios ląstelių reakcijos modeliai naujose arba įprastose aplinkose. Tai rodo, kad erdvinių žemėlapių išraiška nepriklauso nuo smegenų plastiškumo (Kentrol ir kt., 1998). Šie rezultatai patvirtintų hipotezę, kad navigacinės sistemos yra nepriklausomos nuo mokymosi.

Nepaisant visko, naudojant logiką, nestabiliai atmintyje apie neseniai sugeneruotus žemėlapius turi būti aiškiai reikalingi smegenų plastiškumo mechanizmai. O jei taip nebūtų, kokia būtų patirtis, kurią sukurs, vaikštant jo miesto gatvėmis? Ar ne mes visada turėtume jaustis, kad tai pirmas kartas, kai mes atvykome į mūsų namus? Manau, kad, kaip ir daugybe kitų atvejų, hipotezės yra labiau papildo, nei atrodo, ir tam tikru būdu, nepaisant to, kad ši funkcija yra savaime veikianti, plastiškumas atlieka svarbų vaidmenį išsaugant atmintyje esančius erdvinius žemėlapius .

Tinklas, adresas ir krašto langeliai

Gana abstrakčiai kalbėti apie vietos ląsteles ir galbūt daugiau nei vienas skaitytojas buvo nustebęs, kad ta pati smegenų zona, kuri generuoja prisiminimus, tarnauja mums, taip sakant, GPS. Tačiau mes nesibaigėme ir geriausias dar ateis. Dabar galime suvokti curl tikrai. Iš pradžių buvo manoma, kad kosminė navigacija priklausytų tik nuo hipokampo, kai buvo matyti, kad gretimos struktūros, tokios kaip entorininė korta, labai silpnai aktyvavo kaip erdvės funkcija (Frank ir kt., 2000).

Tačiau šiuose tyrimuose buvo užregistruota aktyvumas enorhinalinės žarnos ventralinėse srityse, o vėlesniuose tyrimuose buvo užregistruoti nugaros sruogos, kurios turi daugybę jungčių su hipokampu (Fyhn ir kt., 2004). Taigi, tada buvo pastebėta, kad daugelis šio regiono ląstelių atleidžiamos priklausomai nuo padėties, panašios į hipokampą , Kol kas jie tikisi rasti rezultatų, tačiau nuspręsdami padidinti plotą, kurį jie užregistruotų į entorhinalinę žievę, jie nustebino: tarp neuronų grupių, kurios buvo aktyvuotos priklausomai nuo gyvūno užimamos vietos, buvo akivaizdžiai tylios zonos, ty jos nebuvo aktyvuota-. Kai aktyvacijos rodantys regionai buvo iš esmės sujungti, modeliai buvo stebimi šešiakampių ar trikampių pavidalu. Jie pašaukė šiuos entorininės žarnos "raudonųjų ląstelių" neuronus.

Kai buvo aptikta raudonųjų ląstelių, buvo įmanoma išspręsti klausimą, kaip ląstelės suformuojamos. Turint ląstelių daugybę jungčių iš tinklo ląstelių, nėra neprotinga manyti, kad jie yra suformuoti iš jų. Tačiau dar kartą viskas nėra taip paprasta, o eksperimentiniai įrodymai nepatvirtino šios hipotezės. Geometriniai modeliai, kurie sudaro tinklo ląsteles, kol kas negalėjo būti interpretuojami.

Navigacijos sistemos nėra susiaurintos iki hipokampo

Sudėtingumas čia nesibaigia. Dar mažiau, kai buvo pastebėta, kad navigacinės sistemos nėra susiaurintos iki hipokampo. Tai leido išplėsti tyrimų ribas į kitas smegenų sritis, taigi atrasti kitus ląstelių tipus, susijusius su vietos ląstelėmis: Vairo elementai ir briaunos ląstelės .

Vairo elementai koduotų kryptimi, kurioje objektas juda, ir būtų įsikūręs smegenų stiebo priekiniame smegenų branduolyje. Kita vertus, krašto ląstelės yra ląstelės, kurios padidina šaudymo greitį, kai objektas artėja prie tam tikros erdvės ribų ir gali būti aptinkamas hipokampos specifiniame sluoksnyje. Mes ketiname pateikti supaprastintą pavyzdį, kuriame mes stengsimės apibendrinti kiekvieno langelio tipą:

Įsivaizduokite, kad esate savo namo valgomajame ir norite eiti į virtuvę. Kadangi esate savo namo valgomajame, turėsite kambario kamerą, kuri užsidegs, kol pasiliks valgomajame, tačiau kadangi jūs norite eiti į virtuvę, jūs taip pat turėsite dar vieną aktyvuotą kambario kamerą, kurioje yra virtuvė. Aktyvacija bus aiški, nes jūsų namuose yra erdvė, kuriai puikiai žinote, ir aktyvacija gali būti aptikta ir vietose, ir ląstelių tinkle.

Dabar pradėkite vaikščioti į virtuvę. Bus sukurta konkrečių adresų ląstelių grupė, kuri dabar bus šaudyti ir nepasikeis tol, kol išlaikysite konkrečią kryptį. Dabar įsivaizduokite, kad eikite prie virtuvės, turite pasukti į dešinę ir kirsti siaurą koridorių. Kada jūs įjungsite, jūsų adreso ląstelės tai žinos, o kita adresų ląstelių grupė užregistruos kryptį, kurią ji ėmėsi aktyvuoti, o ankstesnės bus išjungtos.

Įsivaizduokite, kad koridorius yra siaura ir bet koks klaidingas judesys gali sukelti jums smūgį į sieną, todėl jūsų krašto elementai padidins jūsų šaudymo greitį. Kuo arčiau jūs pateksite į koridoriaus sieną, tuo didesnis šaudymo santykis parodys jūsų krašto langelius. Pagalvokite apie kraštinius elementus kaip jutiklius, kuriuos turi kai kurie nauji automobiliai, ir kad garsinis signalas, kai manevruojatės, kad parkuosite. Krašto ląstelės Jie veikia panašiai kaip ir šie jutikliai, kuo arčiau jie susiduria su daugiau triukšmo, kurį jie daro , Kai atvykstate į virtuvę, vietos ląstelės jums pasakys, kad ji atvyko patenkinamai, nes ji yra platesnė aplinka, jūsų krašto langeliai atsipalaiduoja.

Leisk mums viską viską susilpninti

Įdomu manyti, kad mūsų smegenyse yra būdų žinoti savo poziciją. Tačiau vis dar kyla klausimas: kaip mes galime suderinti deklaracinę atmintį su erdvine navigacija hippocampus?, Tai yra, kaip mūsų prisiminimai įtakoja šiuos žemėlapius? Ar galbūt taip buvo, kad mūsų prisiminimai buvo suformuoti iš šių žemėlapių? Norėdami pabandyti atsakyti į šį klausimą, turėtume šiek tiek galvoti toliau. Kiti tyrimai parodė, kad tos pačios ląstelės, koduojančios erdvę, apie kurią mes jau kalbėjome, taip pat koduoja laiką , Taigi kalbėta apie tai laiko ląstelės (Eichenbaum, 2014 m.), Kuris koduotų laiko suvokimą.

Nuostabus dalykas yra tas atvejis vis daugiau įrodymų, patvirtinančių idėją, kad vietos ląstelės yra tokios pačios kaip laiko ląstelės , Tada tas pats neuronas, naudojantis tuos pačius elektrinius impulsus, gali koduoti erdvę ir laiką. Ryšys tarp laiko ir erdvės kodavimo tame pačiame veikimo potenciale ir jų svarba atmintyje lieka paslaptis.

Išvada: mano asmeninė nuomonė

Mano nuomonė apie tai? Aš galiu tai pasakyti, nuimdamas savo mokslininko drabužį žmogus yra pripratęs galvoti apie lengvą pasirinkimą, ir mes norėtume galvoti, kad smegenys kalba ta pačia kalba kaip mes , Problema ta, kad smegenys mums suteikia supaprastintą realybės variantą, kurį jis pats apdoroja. Panašiai kaip Platono urvo šešėliai. Taigi, kaip kvantifikacinės fizinės kliūtys, kurias mes suprantame kaip tikrovę, neveiklumo srityje atrandame, kad smegenys skiriasi nuo pasaulio, kurį mes sąmoningai suvokiame, ir turime turėti labai atvirą protą, kad viskas nėra kodėl būk, kaip mes tikrai juos suvokiame.

Vienintelis dalykas, kurį aš turiu aiškiai, yra tai, ką Antonio Damasio daug kartoja savo knygose: smegenys yra puikus žemėlapio generatorius , Galbūt smegenys interpretuoja laiką ir erdvę taip pat, kad galėtume nurodyti savo prisiminimus. Ir jei atrodo chimeriškas, manote, kad Einsten savo teorijoje apie reliatyvumą viena iš teorijų, kurias jis postulavo, buvo tas laikas, kurio negalėjo suprasti be vietos ir atvirkščiai. Neabejotinai išaiškinti šias paslaptis yra iššūkis, dar labiau tuo atveju, kai jie yra sudėtingi gyvūnų tyrimo aspektai.

Tačiau nereikėtų pamiršti šių klausimų. Pirmasis smalsumas. Jei studijuosime visatos ar neseniai užregistruotų gravitacinių bangų išsiplėtimą, kodėl mes neimkime, kaip mūsų smegenys interpretuoja laiką ir erdvę? Antra, daugelis neurodegeneracinių patologijų, tokių kaip Alzhaimerio liga, yra dezorientuoti laiko ir laiko atžvilgiu, kaip pirmieji simptomai.Žinodami šio kodavimo neurofiziologinius mechanizmus galėtume atrasti naujus aspektus, padedančius geriau suprasti šių ligų patologiją ir, žinoma, atrasti naujus farmakologinius ar nefarmakologinius tikslus.

Bibliografinės nuorodos:

Eichenbaum H. 2014. Laiko ląstelės hipokampe: naujas matmenų atvaizdų atvaizdavimas. Gamta 15: 732-742
Frank LM, Brown LT, Wilson M. 2000. Trajektorijos kodavimas hippocampus ir entorhinal cortex. Neuronas 27: 169-178.
Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. Erdvinis atstovavimas entorininėje žievėje. Mokslas 305: 1258-1264
Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998 m. Panaikintas NMDA receptorių blokados naujų hipokampos vietos ląstelių žemėlapių ilgalaikis stabilumas. Mokslas 280: 2121-2126.
Monakas JD, Abbott LF. 2011 m. Tinklelių aktyvumo modulinė pertvarkymas kaip hippocampal remapping pagrindas. J Neurosci 31: 9414-9425.
O'Keefe J, Speakman A. 1987. Vienetinio aktyvumo pelės hipokampo metu erdvinės atminties užduotis. Exp Smegenų Res 68: 1-27.
Scoville WB, Milner B (1957). Neseniai atminties praradimas po dvišalio hipokampo. J Neurol Neurosurgery Psychiatry 20: 11-21.