Место ћелија, нешто као наш мозак

Оријентација и истраживање у новим или непознатим просторима је једна од когнитивних способности које најчешће користимо. Користимо га да нас води у нашој кући, у нашем сусједству, да идемо на посао.

И ми зависимо од тога када путујемо у нови и непознати град за нас. Користимо га чак и када возимо и, вероватно, читалац је био жртва непажње у његовој оријентацији или у друштву сапутника, који ће га осудити да се изгуби, присиљени да иду около са колима док не да правим путем.

Није грешка оријентације, то је грешка хипокампуса

Све су то ситуације које нас често фрустрирају и које нас наводе да проклињемо нашу оријентацију или туђу увреду, викање и различита понашања. Добро, Данас ћу дати четкицу у неурофизиолошким механизмима оријентације, у нашем Браин ГПС да нас разумеју.

Почећемо да будемо специфични: не треба да проклињемо оријентацију јер је то само производ наше неуронске активности у одређеним регионима. Зато ћемо почети са псовањем нашег хипокампуса.

Хипокампус као мождана структура

Хипокампус је еволутивно древна структура, дио је аркуицултуре, тј. 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. Лимбички систем се сматра морфолошким супстратом памћења, емоција, учења и мотивације.

Читатељ ће можда, ако је навикнут на психологију, знати да је хипокампус неопходна структура за консолидацију декларативних сећања, тј. Са оним успоменама са епизодним садржајем о нашим искуствима, или семантичким (Надел и О'Кеефе, 1972).

Доказ за то су бројне студије које постоје о популарном случају "пацијента ХМ", пацијента чије су темпоралне хемисфере уклоњене, изазивајући разорну антероградну амнезију, односно, није могао да запамти нове чињенице иако је задржао већину Ваших успомена пре операције. За оне који желе да продру дубље у овај случај, препоручујем Сцовилле и Миллнер студије (1957) које су исцрпно проучавале пацијента са ХМ..

Ћелије места: шта су оне??

До сада не говоримо ништа ново, нити нешто изненађујуће. Али то је било 1971. године када је случајно откривена чињеница која је створила почетак проучавања навигационих система у мозгу. О'кеефе и Јохн Достровски, користећи интракранијалне електроде, може да забележи активност неурона специфичних за хипокампус код пацова. То је пружило могућност да се, приликом обављања различитих тестова понашања, животиња буде будна, свесна и да се слободно креће.

Оно што нису очекивали да открију било је да постоје неурони који су селективно реаговали у зависности од подручја на којем се налазио пацов. Није да су у свакој позицији постојали одређени неурони (на пример, не постоји неурон за ваше купатило), али да су уочени у ЦА1 (специфичном региону хипокампуса) ћелија које су означавале референтне тачке које се могу прилагодити различитим просторима..

Ове ћелије су зване плаце целл. Према томе, није да постоји неурон места за сваки специфичан простор који ви честите, већ су то референтне тачке које вас повезују са вашим окружењем; Тако настају егоцентрични навигациони системи. Неурони места ће такође формирати алоцентричне навигационе системе који ће повезати елементе простора између њих.

Урођено програмирање вс. искуство

Ово откриће збунило је многе неурознанственике који су хипокампус сматрали декларативном структуром учења и сада су видјели како је у стању кодирати просторне информације. То је довело до хипотезе о "когнитивној мапи" која би могла да претпостави да ће се приказ нашег окружења генерисати у хипокампусу..

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

Истраживање је отишло даље и ставило је ову парадигму на тест у веома различитим ситуацијама. Примећено је, на пример, да ћелије места у задацима лабиринта пуцају када животиња прави грешке или када је у положају у којем би неурон обично пуцао (О'кеефе и Спеакман, 1987). У задацима у којима се животиња мора кретати кроз различите просторе, уочено је да се неурони убијају у зависности од тога одакле животиња долази и куда иде (Франк ет ал., 2000)..

Како се формирају свемирске мапе

Још један од главних фокуса истраживачког интереса у овој области је како се формирају ове просторне мапе. С једне стране, могли бисмо да мислимо да ћелије места успостављају своју функцију на основу искуства које примамо када истражујемо окружење, или можемо мислити да је то основна компонента наших можданих кругова, тј. Урођена. Питање још није јасно и можемо пронаћи емпиријске доказе који подржавају обје хипотезе.

С једне стране, експерименти Монака и Аббота (2014), који су забележили активност великог броја ћелија на месту, показали су да када се животиња стави у нову околину прође неколико минута док те ћелије не почну да пуцају Нормалност Дакле, онда, мапе локација би биле изражене на неки начин, од тренутка када животиња уђе у нову средину, али искуство би изменило ове мапе у будућности.

Стога можемо мислити да пластичност мозга игра улогу у формирању просторних мапа. Онда, ако пластичност заиста игра улогу, очекујемо да мишеви нокаутирају НМДА рецепторе неуротрансмитера глутамата - то јест, мишева који не експримирају овај рецептор - не стварају просторне мапе јер овај рецептор има фундаменталну улогу у пластичности мозга и учење.

Пластичност игра важну улогу у одржавању просторних мапа

Међутим, то није случај, и уочено је да мишеви који нокаутирају НМДА рецепторе или мишеве који су третирани фармаколошки да блокирају овај рецептор, експримирају сличне обрасце одговора ћелија у новим или познатим окружењима. Ово указује да је експресија просторних мапа независна од пластичности мозга (Кентрол ет ал., 1998). Ови резултати би подржали хипотезу да су навигациони системи независни од учења.

Упркос свему, користећи логику, механизми церебралне пластичности морају бити јасно неопходни за стабилност у меморији недавно формираних мапа. И, да није тако, каква би била употреба тог искуства које би се створило ходањем улицама његовог града? Зар не бисмо увијек имали осјећај да је то први пут да улазимо у нашу кућу? Верујем да су, као иу многим другим приликама, хипотезе више комплементарне него што изгледају и, на неки начин, упркос урођеном функционисању ових функција, пластичност има улогу у одржавању ових просторних мапа у меморији.

Ћелије мреже, адресе и ивица

Сасвим је апстрактно говорити о станичним станицама, а можда је и више од једног читатеља изненађено што нам исто подручје мозга које генерира успомене служи, да тако кажем, ГПС-у. Али нисмо завршили, а најбоље тек долази. Сада хајде да савијемо ротор. У почетку се сматрало да ће свемирска навигација овисити искључиво о хипокампусу када се види да сусједне структуре као што је енторинални кортекс показују врло слабу активацију као функцију простора (Франк ет ал., 2000)..

Међутим, у овим студијама је забележена активност у вентралним областима енторхиналног кортекса иу каснијим студијама су забележене дорзалне области, које имају већи број веза са хипокампусом (Фихн ет ал., 2004). Дакле, онда примећено је да многе ћелије овог региона пале у зависности од положаја, слично хипокампусу. До сада су очекивани резултати, али када су одлучили да повећају површину коју би регистровали у енторхиналном кортексу, имали су изненађење: међу групама неурона који су активирани у зависности од простора који је заузела животиња, било је очигледно тихих зона - то јест, нису биле ацтиве-. Када су региони који су показали активацију практично спојени, уочени су обрасци у облику шестерокута или троуглова. Назвали су ове неуроне енторхиналног кортекса "црвеним ћелијама".

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

Навигациони системи нису сведени на хипокампус

Сложеност се овде не завршава. Још мање када се види да навигациони системи нису сведени на хипокампус. Ово је омогућило проширење граница истраживања на друга подручја мозга, откривајући на тај начин друге типове ћелијских станица: Управљачке ћелије и ивице ћелија.

Управљачке ћелије би кодирале смер у којем се субјекат креће и налазио би се у дорзалном тегменталном језгру можданог дебла. С друге стране, ивице ћелије су ћелије које повећавају брзину печења јер се субјекат приближава границама датог простора и може се наћи у региону хипокампуса специфичног за субикулум. Ми ћемо понудити поједностављени примјер у којем ћемо покушати сажети функцију сваког типа ћелије:

Замислите да сте у трпезарији своје куће и да желите ићи у кухињу. Пошто се налазите у трпезарији своје куће, имаћете ћелију у соби која ће пуцати док останете у трпезарији, али пошто желите да идете у кухињу, имаћете још једну активирану ћелију која представља кухињу. Активација ће бити јасна, јер је ваша кућа простор за који знате да је савршено и активација коју ћемо моћи да откријемо иу ћелијама места иу мрежи ћелија..

Сад крени према кухињи. Постојат ће група специфичних адресних ћелија које ће сада испаљивати и неће се мијењати све док одржавате одређени смјер. Сада, 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 сет ћелија адреса ће регистровати адресу која је сада активирана, а претходне ће бити деактивиране..

Замислите и да је коридор уски и да сваки лажни покрет може да доведе до ударца у зид, тако да ће ваше ивице ћелије повећати брзину пуцања. Што се више приближавате зиду ходника, то ће виши показатељ показати ваше рубне ћелије. Замислите ивице ћелија као сензоре које неки нови аутомобили имају и који праве звучни сигнал када се маневришете да паркирате. Рубне ћелије они раде на сличан начин као ови сензори, што су ближе колизији више буке коју праве. Када стигнете у кухињу, ћелије вашег места ће вам показати да је стигла на задовољавајући начин и пошто је то шира средина, ваше ивице ћелије ће се опустити.

Хајде да све закомплицирамо

Занимљиво је мислити да наш мозак има начина да познаје нашу позицију. Међутим, још увијек се поставља питање: Како помирити декларативну меморију са свемирском навигацијом у хипокампусу, односно како наша сјећања утјечу на ове карте? Или је могуће да су наша сјећања формирана на овим мапама? Да бисмо покушали да одговоримо на ово питање морамо размишљати мало даље. Друге студије су указале да исте ћелије које кодирају простор, о којима смо већ говорили, такођер кодирају вријеме. Тако је било говора о томе ћелије времена (Еицхенбаум, 2014) која би кодификовала перцепцију времена.

Оно што је изненађујуће у овом случају је то све више доказа који подупиру идеју да су ћелије места исте као и временске ћелије. Затим, исти неурон који користи исте електричне импулсе може да кодира простор и време. Однос између кодирања времена и простора у истим акционим потенцијалима и њиховог значаја у памћењу остаје мистерија.

У закључку: моје лично мишљење

Моје мишљење о томе? Скинуо сам хаљину мог научника, могу то рећи људско биће је навикло да размишља о једноставној опцији и волимо да мислимо да мозак говори истим језиком као и ми. Проблем је у томе што нам мозак нуди поједностављену верзију стварности коју он сам обрађује. На неки начин сличан сенци Платонове пећине. Дакле, као што су у квантној физици разбијене баријере онога што ми схватамо као стварност, у неуронауцији откривамо да се у мозгу ствари разликују од света који свјесно перципирамо и морамо имати врло отворен ум да ствари немају зашто да будемо онакви каквим их заиста доживљавамо.

Једино што ми је јасно је да је Антонио Дамасио навикао да много понавља у својим књигама: мозак је велики генератор карата. Мозда мозак интерпретира вријеме и простор на исти нацин како би мапирао насе успомене. И ако се чини химеричним, сматрајте да је Еинстен у својој теорији релативности једна од теорија коју је поставио, да се време не може схватити без простора, и обрнуто. Несумњиво разоткривање ових мистерија је изазов, поготово када су тешки аспекти за учење на животињама.

Међутим, не треба штедети напоре по овим питањима. Прво радозналост. Ако проучавамо ширење универзума или недавно забележене гравитационе таласе, зашто не бисмо проучавали како наш мозак тумачи време и простор? И, друго, многе неуродегенеративне болести као што је Алцхајмерова болест имају просторно-временску дезоријентацију као прве симптоме. Познавајући неурофизиолошке механизме овог кодирања, могли бисмо открити нове аспекте који ће помоћи да се боље разуме патолошки ток ових болести и, ко зна, да ли да открију нове фармаколошке или нефармаколошке циљеве..

Библиографске референце:

• Еицхенбаум Х. 2014. Временске ћелије у хипокампусу: нова димензија за мапирање успомена. Натуре 15: 732-742
• Франк ЛМ, Бровн ЕН, Вилсон М. 2000. Трајекторско кодирање у хипокампусу и енторхиналном кортексу. Неурон 27: 169-178.
• Фин М, Молден С, Виттер МП, Мосер ЕИ, Мосер М-Б. 2004. Просторни приказ у енторхиналном кортексу. Сциенце 305: 1258-1264
• Кентрос Ц, Харгреавес Е, Хавкинс РД, Кандел ЕР, Схапиро М, Муллер РВ. 1998. Укидање дугорочне стабилности нових мапа ћелија хипокампуса помоћу блокаде НМДА рецептора. Сциенце 280: 2121-2126.
• Монацо ЈД, Абботт ЛФ. 2011. Модуларна прилагодба активности ћелија мреже као основа за ремапирање хипокампуса. Ј Неуросци 31: 9414-9425.
• О'Кеефе Ј, Спеакман А. 1987. Јединствена активност у мишјем хипокампусу током задатка просторне меморије. Екп Браин Рес 68: 1 -27.
• Сцовилле ВБ, Милнер Б (1957). Губитак недавног памћења након билатералне хипокампалије. Ј Неурол Неуросург Псицхиатри 20: 11-21.