"Stanice mjesta", nešto poput našeg mozga GPS

Travanj 8, 2024

Orijentacija i istraživanje u novim ili nepoznatim prostorima jedan je od kognitivnih sposobnosti koje najčešće koristimo. Koristimo ga kako bi nas vodili u našoj kući, našem susjedstvu, da idemo na posao.

Također ovise o njemu kad putujemo u novi i nepoznati grad za nas. Koristimo ga čak i kad vozimo, a vjerojatno će čitatelj biti žrtva nepažnje u svojoj orijentaciji ili drugoj pratnji koja će ga osuditi na izgubljenu, prisiljenu da se okrene automobilom dok ne s odgovarajućom rutom.

Nije to orijentacijska pogreška, to je pogreška hipokampusa

Sve su to situacije koje nas često frustriraju i koje nas tjeraju da proklinjamo našu orijentaciju ili druge ljude uvredama, vikanjima i različitim ponašanjima. dobro, jer danas idem u četkanje u neurofiziološkim mehanizmima orijentacije , u našem Brain GPS razumjeti nas

Početi ćemo biti specifični: ne bismo trebali proklinjati orijentaciju jer je to samo proizvod naše neuronske aktivnosti u određenim regijama. Stoga ćemo početi psovkama našeg hipokampusa.

Hipokampus kao struktura mozga

Evolutivno, hipokampus je drevna struktura, to je dio arktikulture, tj. Onih struktura koje su filogenetski starije u našoj vrsti. Anatomski, to je dio limbičkog sustava, u kojem se također nalaze i druge strukture kao što je amigdala. Limbijski sustav smatra se morfološkim supstratom pamćenja, emocija, učenja i motivacije.

Čitatelj će možda, ako je upoznat s psihologijom, znati da je hipokampus nužna struktura za konsolidaciju deklarativnih uspomena, tj. S onim uspomenama s epizodnim sadržajem o našim iskustvima ili drugo, semantičkim (Nadel i O'Keefe, 1972) ,

Dokaz o tome jesu obilne studije koje postoje o popularnom slučaju "pacijenta HM", pacijenta čije su vremenske polutke uklonjene, stvarajući razornu anterogresnu amneziju, tj. Nije mogao zapamtiti nove činjenice, iako je zadržao većinu od vaših uspomena prije operacije. Za one koji se žele produbiti u ovom slučaju preporučujem studije Scoville i Millner (1957) koji su iscrpno proučavali pacijenta HM-a.

Stanice mjesta: što su oni?

Do sada ne govorimo ništa novo, niti bilo što iznenađujuće. Ali to je bilo 1971. kada je slučajno otkriveno činjenica koja je stvorila početak istraživanja navigacijskih sustava u mozgu. O'keefe i John Dostrovski, koristeći intrakranijalne elektrode, mogli su snimati aktivnost neuronima koji su specifični za hipokampu u štakora , To je ponudilo mogućnost da je tijekom obavljanja različitih testova ponašanja životinja bila budna, svjesna i slobodno kreće.

Ono što nisu očekivali otkrivalo je da postoje neuroni koji su selektivno reagirali ovisno o području na kojem je štakor bio. Nije da postoje određeni neuroni za svaki položaj (npr. Neuron ne postoji za vašu kupaonicu), već da su promatrani u stanicama CA1 (specifična regija hipokampusa) koja su označavala referentne točke koje se mogu prilagoditi različitim prostorima ,

Ove su stanice bile pozvane mjesto stanice, Stoga ne postoji da postoji neuronsko mjesto za svaki specifični prostor koji ste česti, nego su to referentna točka koja vas povezuje s vašom okolinom; Ovako se formiraju egocentrični navigacijski sustavi. Mjesto neurona će također oblikovati allocentrične navigacijske sustave koji će povezivati elemente razmaka između njih.

Inače programiranje i iskustvo

Ovo otkriće zbunilo je mnoge neuroznanstvenike koji smatraju hipokampus kao deklarativnu strukturu učenja i sada su vidjeli kako je to moglo kodirati prostorne informacije. To je potaknulo hipotezu "kognitivne mape" koja bi pretpostavljala da će predstavljanje našeg okoliša biti generirano u hipokampusu.

Baš kao što je mozak izvrstan generator karata za druge osjetilne modalitete kao što je kodiranje vizualnih, slušnih i somatosenzornih signala; nije nerazumno misliti na hipokampus kao strukturu koja generira karte našeg okoliša i koja jamči našu orijentaciju u njima .

Istraživanje je otišlo dalje i postavilo je ovu paradigmu na test u vrlo različitim situacijama. Primjerice, vidljivo je da stanice mjesta u labirintnim zadacima pucaju kada životinja pogriješi ili kad je u položaju u kojem bi neuronski obično pucao (O'keefe i Speakman, 1987).U zadacima u kojima se životinja mora kretati kroz različite prostore, vidljivo je da se place neuroni pucaju ovisno o tome gdje životinja dolazi i gdje ide (Frank i sur., 2000).

Kako se formiraju prostorne karte

Još jedan od glavnih interesa istraživačkog interesa u ovom području bio je način na koji se formiraju te prostorne karte. S jedne strane mogli bismo zamisliti da stanice mjesta ustanovljuju svoju funkciju temeljenu na iskustvu koje primamo kada istražujemo okolinu, ili, možemo misliti da je to temeljna komponenta naših krugova mozga, to jest, urođena. Pitanje još nije jasno i možemo pronaći empirijske dokaze koji podupiru obje hipoteze.

S jedne strane, eksperimenti Monaka i Abbotta (2014), koji bilježe aktivnost velikog broja stanica, vidjeli su da kada se životinja stavi u novu okolinu nekoliko minuta prolazi dok ti stanice ne počnu pucati normalna. Dakle, mape mjesta bi se na neki način izražavale od trenutka kada životinja ulazi u novi okoliš , no iskustvo bi izmijenilo te karte u budućnosti.

Stoga možemo misliti da plastičnost mozga igra ulogu u formiranju prostornih karata. Zatim, ukoliko plastičnost doista igra ulogu, očekujemo da otpušteni miševi NMDA receptoru neurotransmiterskog glutamata - tj. Miševa koji ne ekspresiraju ovaj receptor - ne bi generirali prostorne karte jer taj receptor igra temeljnu ulogu u plastičnosti mozga i učenje.

Plastičnost igra važnu ulogu u održavanju prostornih karata

Međutim, to nije slučaj, i vidljivo je da su miševi s knockoutom NMDA receptora ili miševa koji su farmakološki obrađeni da blokiraju taj receptor, izražavaju slične obrasce reakcije stanica u novim ili poznatim okruženjima. To sugerira da je izraz prostornih karata neovisan o plastičnosti mozga (Kentrol i sur., 1998). Ovi rezultati podupiru hipotezu da su navigacijski sustavi neovisni o učenju.

Usprkos svemu, pomoću logike, mehanizmi cerebralne plastičnosti moraju biti jasno potrebni za stabilnost u sjećanju na nedavno formirane karte. A ako nije tako, što bi bilo korištenje iskustava koje se formira šetajući ulicama svoga grada? Ne bismo li uvijek imali osjećaj da je prvi put ušla u našu kuću? Vjerujem da, kao iu tolikim drugim prilikama, hipoteze su više komplementarne nego što se čini i, na neki način, usprkos urođenom funkcioniranju tih funkcija, plastičnost ima ulogu u održavanju tih prostornih karata u sjećanju .

Mreža, adresa i rubne ćelije

Sasvim je apstraktno govoriti o stanicama stanice, a možda i više od jednog čitatelja je iznenađeno da isto područje mozga koje generira sjećanja služi nam, naime, GPS. Ali nismo dovršeni, a najbolje je tek doći. Sada ćemo stvarno uvijati. U početku je smatrano da bi svemirska navigacija ovisila isključivo o hipokampusu kada bi se vidjelo da susjedne strukture poput entorhinalnog korteksa pokazuju vrlo slabu aktivaciju kao funkciju prostora (Frank et al., 2000).

Međutim, u ovim je istraživanjima zabilježena aktivnost u ventralnim područjima entorhinalnog korteksa, a kod kasnijih studija zabilježena su dorzalna područja koja imaju veći broj veza s hipokampusom (Fyhn et al., 2004). Dakle, onda uočeno je da su mnoge stanice ovog područja pucale ovisno o položaju, slično hipokampusu , Do sada se očekuje da pronađu rezultate, ali kad su odlučili povećati površinu koju bi se registrirali u entorinalnom korteksu, imali su iznenađenje: među skupinama neurona koje su se aktivirale ovisno o prostoru za kojeg je životinja zauzeta, bilo je očito tihih zona - tj. activadas-. Kada su regije koje su pokazale aktivaciju bile praktički povezane, obrasci su promatrani u obliku šesterokuta ili trokuta. Pozvali su ove neurone entorhinalnog korteksa "crvene stanice".

Kad su otkrivene crvene stanice, bilo je moguće riješiti pitanje kako se stanice formiraju. Imajući stanice mjesto brojnih veza mrežnih stanica, nije nerazumno misliti da su oni formirani od njih. Međutim, još jednom, stvari nisu tako jednostavne i eksperimentalni dokazi nisu potvrdili ovu hipotezu. Geometrijski uzorci koji tvore ćelije mreže još nisu bili u stanju tumačiti.

Navigacijski sustavi se ne svode na hipokampus

Složenost ovdje ne završava. Još manje kad je vidljivo da se navigacijski sustavi ne svode na hipokampus. To je omogućilo proširenje granica istraživanja drugim područjima mozga, otkrivajući tako druge vrste stanica povezane s stanicama mjesta: Upravljačke stanice i rubne stanice .

Upravljačke stanice kodiraju smjer u kojem se subjekt kreće i nalazit će se u dorzalnoj tegmentalnoj jezgri moždane moždine. S druge strane, rubne stanice su stanice koje povećavaju brzinu paljenja dok subjekt pristupa granicama određenog prostora i može se naći u podskupu specifičnom području hipokampusa. Mi ćemo ponuditi pojednostavljeni primjer u kojem ćemo pokušati sažeti funkciju svake vrste ćelija:

Zamislite da ste u blagovaonici svoje kuće i da želite ići u kuhinju. Budući da se nalazite u blagovaonici svoje kuće, imat ćete sobnu ćeliju koja će se vatra dok boravite u blagovaonici, no budući da želite ići u kuhinju, imat ćete još jednu aktiviranu sobnu ćeliju koja predstavlja kuhinju. Aktivacija će biti jasna jer je vaša kuća prostor za koji znate savršeno i aktivacija se može otkriti kako u stanicama mjesta iu mreži ćelija.

Sada krenite u kuhinju. Bit će skupina specifičnih adresnih ćelija koje će sada biti pucale i neće se mijenjati sve dok održavate određeni smjer. Sada, zamislite da idite u kuhinju morate skrenuti desno i prijeći uski hodnik. U trenutku kada se okrenete, vaše će stanice adresa to znati, a drugi skup adresnih ćelija registrira smjer koji je trebao aktivirati, a prethodne će se deaktivirati.

Zamislite također da je hodnik uski, a svaki lažni pokret može uzrokovati udaranje zida, pa će vaše rubne stanice povećati brzinu pucanja. Što se približite zidu hodnika, veći omjer pečenja će pokazati vaše rubne stanice. Razmislite o rubnim stanicama kao senzorima koji neki novi automobili imaju i koji daju zvučni signal kad upravljate parkiranjem. Rubne stanice Oni rade na sličan način na ove senzore, to su bliže da se sudaraju više buke oni čine , Kada stignete u kuhinju, stanice vašeg stanice će vam reći da je zadovoljavajuće stiglo i kako je širi okoliš, vaše se rubne stanice opuštaju.

Svejedno kompliciramo sve

Zanimljivo je misliti da naš mozak ima načine poznavanja našeg položaja. Ali još uvijek postoji pitanje: Kako uskladiti deklarativnu memoriju sa svemirskom navigacijom u hipokampusu, tj. Kako naša sjećanja utječu na te karte? Ili bi to moglo biti da su naša sjećanja formirana na tim kartama? Da bismo odgovorili na ovo pitanje moramo malo dalje razmisliti. Druge studije su istaknuli da su iste stanice koje kodiraju prostor, o kojem smo već govorili, također kodirali vrijeme , Tako se govorilo time stanice (Eichenbaum, 2014), koji će kodirati percepciju vremena.

Iznenađujuća stvar o slučaju je to sve više dokaza koji podupiru ideju da su stanice stanica jednake vremenskim stanicama , Zatim, isti neuron koji koristi iste električne impulse može kodirati prostor i vrijeme. Odnos između kodiranja vremena i prostora u istim akcijskim potencijalima i njihova važnost u sjećanju ostaje misterij.

U zaključku: moje osobno mišljenje

Moje mišljenje o tome? Može to reći, skidanje odjeće svog znanstvenika ljudsko biće naviklo je razmišljati o jednostavnoj opciji i volimo misliti da mozak govori isti jezik kao i mi , Problem je u tome što nam mozak pruža pojednostavljenu verziju stvarnosti koju on sam procesira. Na način sličan sjenama Platonove špilje. Dakle, baš kao i kod kvantne fizike barijere onoga što shvaćamo kao stvarnost su slomljene, u neuroznanosti otkrivamo da se u mozgu stvari razlikuju od svijeta koji svjesno opažamo i moramo imati vrlo otvoren um da stvari nemaju zašto budemo kao što ih doista vidimo.

Jedina stvar koju imam jasno je nešto što Antonio Damasio koristi za ponavljanje puno u svojim knjigama: mozak je sjajni generator karte , Možda mozak tumači vrijeme i prostor na isti način kako bi našao svoja sjećanja. A ako vam se čini prepoznatljivom, mislite da je Einsten u svojoj teoriji relativnosti jedna od teorija koje je pretpostavljao da se vrijeme ne može shvatiti bez prostora, i obrnuto. Bez sumnje otkrivanje tih tajni je izazov, čak i kada su teški aspekti za proučavanje kod životinja.

No, o tim se pitanjima ne smije truditi poštivati napore. Prvi od radoznalosti. Ako proučavamo ekspanziju svemira ili nedavno snimljene gravitacijske valove, zašto ne bismo proučavali kako naš mozak tumači vrijeme i prostor? Drugo, mnoge neurodegenerativne patologije kao što je Alzheimerova bolest imaju dezorijentiranost u prostoru kao prvi simptomi.Poznavajući neurofiziološke mehanizme ovog kodiranja mogli bismo otkriti nove aspekte koji će pomoći u boljem razumijevanju patološkog tijeka tih bolesti i, tko zna, otkriti nove farmakološke ili nefarmakološke ciljeve.

Bibliografske reference:

Eichenbaum H. 2014. Vremenske stanice u hipokampusu: nova dimenzija za mapiranje uspomena. Nature 15: 732-742
Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Kruženje putanje u hipokampusu i entorhinalnom korteksu. Neuron 27: 169-178.
Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. Prostorna zastupljenost u entorhinalnom korteksu. Science 305: 1258-1264
Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Ukidanje dugoročne stabilnosti novih hipokampalnih karata stanica pomoću blokade NMDA receptora. Science 280: 2121-2126.
Monaco JD, Abbott LF. 2011. Modularno usklađivanje aktivnosti mrežnih stanica kao osnova za remapiranje hipokampusa. J Neurosci 31: 9414-9425.
O'Keefe J, Speakman A. 1987. Jedinstvena aktivnost u hipokampusu miša tijekom zadatka prostorne memorije. Exp Brain Res 68: 1-27.
Scoville WB, Milner B (1957). Gubitak nedavne memorije nakon bilateralne hipokampusije. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.