"Místní buňky", něco jako náš GPS mozku

Duben 5, 2024

Orientace a zkoumání v nových nebo neznámých prostorech je jednou z kognitivních schopností, které nejčastěji používáme. Používáme jej, abychom nás vedli v našem domě, v našem okolí, abychom šli do práce.

Závisíme také na tom, když cestujeme do nového a neznámého města pro nás. Používáme to i tehdy, když řídíme a případně čtenář bude obětí nedbalosti v jeho orientaci nebo v družce, který ho odsoudil k tomu, že je ztracen, nucen se obrátit s autem, dokud ne s příslušnou trasou.

Není to chyba orientace, je to chyba hippocampu

Všechno to jsou situace, které nás často potlačují, a které nás vedou k proklínání naší orientace nebo orientace ostatních s urážkami, výkřiky a různými způsoby chování. Dobře, protože dnes budem dávat štětcem neurofyziologické mechanismy orientace , v našem Brain GPS porozumět nám

Začneme tím, že budeme specifická: neměli bychom proklínat orientaci, protože je to jen produkt naší neurální aktivity ve specifických oblastech. Proto začneme proklínání našeho hippocampu.

Hipokampus jako struktura mozku

Evolutivně je hippocampus starodávnou strukturou, je součástí arquiculture, tedy těch struktur, které jsou fylogeneticky starší u našeho druhu. Anatomicky je součástí limbického systému, v němž jsou nalezeny i jiné struktury, jako je amygdala. Limbický systém je považován za morfologický substrát paměti, emocí, učení a motivace.

Čtenář možná, pokud bude zvyklý na psychologii, bude vědět, že hippocampus je nezbytnou strukturou pro konsolidaci deklarativních vzpomínek, tedy s těmito vzpomínkami s epizodickým obsahem o našich zkušenostech nebo jiném, sémantický (Nadel a O'Keefe, 1972) ,

Důkazem toho jsou hojné studie, které existují o populárním případu "pacienta HM", pacienta, jehož dočasná hemisféra byla odstraněna, což způsobilo zničující anterográdní amnézu, to znamená, že si nemohl zapamatovat nové skutečnosti, i když si zachoval většinu z vašich vzpomínek před operací. Pro ty, kteří se chtějí v tomto případě prohloubit, doporučuji studium Scoville a Millnera (1957), kteří vyčerpávajícím způsobem studovali pacientky s HM.

Místa buňky: co to jsou?

Zatím neříkáme nic nového nebo něco překvapivého. Ale v roce 1971 byla náhodou objevena skutečnost, která vyvolala počátek studie navigačních systémů v mozku. O'keefe a John Dostrovski, používající intrakraniální elektrody, mohl zaznamenávat aktivitu neuronů specifických pro hipokampu u potkanů , To umožnilo, že při provádění různých testů chování zvíře bylo vzhůru, vědomé a volně se pohybovalo.

Co neočekávali, že objeví, jsou neurony, které reagovaly selektivně v závislosti na oblasti, ve které byla krysa. Neexistuje to, že na každé pozici existují specifické neurony (například v koupelně není žádný neuron), ale že byly pozorovány v buňkách CA1 (specifická oblast hippokampu), které označily referenční body, které by mohly být přizpůsobeny různým prostorům ,

Tyto buňky byly volány umístěte buňky, Proto neznamená to, že existuje neuron místa pro každý specifický prostor, který jste častý, ale jsou spíše referenčními body, které vás vztahují k vašemu prostředí; Tak vzniknou egocentrické navigační systémy. Umístěním neuronů se vytvoří také přidělovací navigační systémy, které budou spojovat prvky prostoru mezi nimi.

Intenzivní programování vs. zážitek

Tento objev zmátl mnoho neurologů, kteří považovali hipokampu za deklarativní strukturu učení a nyní viděli, jak je schopen kódovat prostorové informace. To vedlo k hypotéze "kognitivní mapy", která by předpokládala, že v hippocampu bude vytvořeno zobrazení našeho prostředí.

Stejně jako mozek je vynikajícím generátorem map pro další smyslové modality, jako je kódování vizuálních, sluchových a somatosenzorických signálů; není nerozumné myslet na hipokampus jako strukturu, která vytváří mapy našeho prostředí a která zaručuje naši orientaci v nich .

Výzkum šel dál a dal tento model do testu ve velmi odlišných situacích. Bylo viděno například, že buňky místa v bludišti úkolu střílí, když zvíře dělá chyby, nebo když je v poloze, ve které by neuron obvykle střílel (O'keefe a Speakman, 1987).Při úkolech, ve kterých se zvíře musí pohybovat různými prostory, bylo zjištěno, že místo neuronů střílí v závislosti na tom, odkud zvíře pochází a kam jde (Frank et al., 2000).

Jak se vytvářejí prostorové mapy

Dalším hlavním zaměřením zájmu výzkumu v této oblasti je, jak se tyto prostorové mapy vytvářejí. Na jedné straně bychom si mohli myslet, že místo buňky si založí svou funkci na základě zkušeností, které obdržíme, když prozkoumáme prostředí, nebo si myslíme, že je to základní složka našich mozkových obvodů, tedy vrozená. Otázka ještě není jasná a můžeme najít empirické důkazy, které podporují obě hypotézy.

Na jedné straně experimenty Monaka a Abbott (2014), které zaznamenaly aktivitu velkého počtu buněk, zjistily, že když je zvíře umístěno do nového prostředí, několik minut prochází, dokud tyto buňky nezačnou střílet Normálnost Takže, místo mapy by byly nějakým způsobem vyjádřeny od okamžiku, kdy zvíře vstoupí do nového prostředí , ale zkušenost by tyto mapy v budoucnu upravovala.

Proto bychom si mohli myslet, že plastická mozek hraje roli při tvorbě prostorových map. Pak, kdyby plastičnost skutečně hrála roli, očekávali bychom, že vyřazené myši na receptor NMDA glutamátu neurotransmiteru - to jest myší, které neexprimují tento receptor - by nevytvořily prostorové mapy, protože tento receptor hraje zásadní roli v plasticitě mozku a učení

Plastičnost hraje důležitou roli při udržování prostorových map

Nicméně tomu tak není, a bylo zjištěno, že knockout myši na receptor NMDA nebo myši, které byly farmakologicky léčeny pro blokování tohoto receptoru, exprimují podobné vzory odpovědi buněk v nových nebo známých prostředích. To naznačuje, že exprese prostorových map je nezávislá na plasticitě mozku (Kentrol et al., 1998). Tyto výsledky by podpořily hypotézu, že navigační systémy jsou nezávislé na učení.

Navzdory všemu, za použití logiky, musí být mechanismy mozkové plasticity jasně nutné pro stabilitu v paměti nedávno vytvořených map. A pokud by tomu tak nebylo, jaké by bylo využití zkušenosti, kterou člověk tvoří při procházce ulicemi svého města? Neměli bychom vždy pocit, že je to poprvé, co jsme vstoupili do našeho domu? Domnívám se, že stejně jako v mnoha jiných případech se hypotézy vzájemněji doplňují, než se zdá, a určitým způsobem navzdory vrozené funkci těchto funkcí, plasticita hraje roli v udržování těchto prostorových map v paměti .

Síťové, adresové a okrajové buňky

Je poměrně abstraktní, když mluvíme o místních buňkách a možná i více čtenářů překvapilo, že stejná oblast mozku, která vytváří vzpomínky, nám slouží, tak řeč, GPS. Ale nejsme hotovi a zatím je nejlepší. Nyní se nakloníme. Nejprve se předpokládalo, že kosmická navigace závisí výhradně na hipokampu, když se ukáže, že sousední struktury, jako je entorinální kůra, vykazovaly velmi slabou aktivaci jako funkci prostoru (Frank et al., 2000).

V těchto studiích byla zaznamenána činnost ve ventrálních oblastech entorinálního kortexu a v pozdějších studiích byly zaznamenány dorzální oblasti, které mají větší počet spojení s hipokampusem (Fyhn et al., 2004). Tak tedy bylo zjištěno, že mnoho buněk této oblasti vypálilo v závislosti na poloze, podobně jako hipokampus , Zatím se očekávají výsledky, ale když se rozhodnou zvětšit plochu, které by se zaregistrovaly v entorhinálním kortexu, měli překvapení: mezi skupinami neuronů, které byly aktivovány v závislosti na prostoru obsazeném zvířetem, byly zjevně tiché zóny - to znamená, že nebyly aktivováno-. Když byly regiony, které vykazovaly aktivaci, prakticky spojeny, vzory byly pozorovány ve formě šestiúhelníků nebo trojúhelníků. Oni nazývali tyto neurony entorinálního kortexu "červených krvinek".

Když byly objeveny červené krvinky, bylo možné vyřešit otázku, jak se tvoří buňky. Když buňky umístí četné spojení síťových buněk, není nerozumné si myslet, že jsou z nich vytvořeny. Opět platí, že věci nejsou tak jednoduché a experimentální důkazy tuto hypotézu nepotvrzují. Geometrické vzory, které tvoří síťové buňky, zatím nebyly interpretovány.

Navigační systémy nejsou redukovány na hippocampus

Složitost zde nekončí. Ještě méně, když bylo vidět, že navigační systémy nejsou redukovány na hipokampus. To umožnilo rozšířit hranice výzkumu na další oblasti mozku, a tak zjistit další typy buněk související s buňkami místa: Řídicí buňky a okrajové buňky .

Řídicí buňky by kódovaly směr, ve kterém se subjekt pohybuje a byl by umístěn v hřbetním tegmentálním jádru mozkového kmene. Na druhé straně jsou okrajové buňky buňky, které zvyšují míru vypalování, když se subjekt blíží hranicím daného prostoru a nachází se v subskulárně specifické oblasti hipokampu. Budeme nabízet zjednodušený příklad, ve kterém se budeme snažit shrnout funkci každého typu buňky:

Představte si, že jste v jídelně svého domu a chcete jít do kuchyně. Vzhledem k tomu, že jste v jídelně svého domu, budete mít pokojovou buňku, která bude střílet, zatímco budete v jídelně, ale protože chcete jít do kuchyně, budete mít také další aktivovaný pokojový článek, který představuje kuchyň. Aktivace bude jasná, protože váš dům je prostor, který dokonale poznáte a aktivaci lze detekovat jak v buňkách místa, tak v buňkách.

Teď začněte chodit do kuchyně. K dispozici bude skupina konkrétních buňek adres, která se nyní spustí a nezmění se tak dlouho, dokud zachováte určitý směr. Nyní si představte, že jít do kuchyně musíte otočit doprava a projít úzkou chodbou. V okamžiku, kdy se otočíte, vaše buňky adresy to znají a další sada buněk adres bude zaregistrovat směr, který je nyní aktivován, a předchozí se budou deaktivovat.

Představte si také, že chodba je úzká a jakýkoli falešný pohyb může způsobit, že se dostanete do stěny, takže vaše hrany buňky zvýší míru spálení. Čím blíže se dostanete ke stěně chodby, tím vyšší je poměr střelby, který by zobrazoval hranové buňky. Přemýšlejte o okrajových buňkách jako o senzorech, které mají některé nové automobily a které vydávají zvukový signál při manévrování na parkování. Okrajové buňky Pracují podobně jako u těchto senzorů, čím blíže se srazí, tím větší hluk způsobí , Když přijedete do kuchyně, vaše buňky místa vám řeknou, že přišla uspokojivě a protože je to širší prostředí, vaše buněčné hrany se uvolní.

Prostě to všechno komplikujeme

Je zajímavé si myslet, že náš mozek má způsob, jak poznat naši pozici. Ale stále existuje otázka: Jak můžeme sladit deklarativní paměť s kosmickou navigací v hippocampu ?, tedy jak naše vzpomínky ovlivňují tyto mapy? Nebo by mohlo být, že naše vzpomínky byly vytvořeny z těchto map? Abychom se pokusili odpovědět na tuto otázku, musíme si ještě trochu přemýšlet. Další studie poukázaly na to, že stejné buňky, které kódují prostor, o kterém jsme již mluvili, také kódují čas , Tak se o tom mluví časové buňky (Eichenbaum, 2014), který by kódoval vnímání času.

Překvapující je případ více a více důkazů podporujících myšlenku, že buňky jsou stejné jako buňky času , Pak stejný neuron, který používá stejné elektrické impulsy, je schopen kódovat prostor a čas. Vztah mezi kódováním času a prostoru ve stejných akčních potenciálech a jejich význam v paměti zůstává záhadou.

Na závěr: můj osobní názor

Můj názor na to? Když se zbavím vědeckého pláště, mohu to říci lidská bytost je zvyklá přemýšlet o snadné volbě a my si myslíme, že mozku mluví stejným jazykem jako my , Problémem je, že mozek nám nabízí zjednodušenou verzi reality, kterou sám zpracovává. Stejně jako stíny Platonovy jeskyně. Stejně jako v bariérách kvantové fyziky toho, co chápeme jako realitu, jsou v neurovědy zjištěny, že v mozku se věci liší od světa, které vědomě vnímáme a musíme mít velmi otevřenou mysl, že věci nemají proč je tak, jak je skutečně vnímáme.

Jediná věc, kterou mám jasně, je, že se Antonio Damasio zvykl ve svých knihách opakovat: mozek je skvělý generátor map , Možná mozku interpretuje čas a prostor stejným způsobem, jak mapovat naše vzpomínky. A pokud se zdá být chimérické, myslíte si, že Einsten ve své teorii relativity je jednou z teorií, kterou předpokládal, že čas nemohl být pochopen bez prostoru a naopak. Nepochybně odhalení těchto tajemství je výzvou, a to ještě více, když jsou obtížné studovat na zvířatech.

Na tyto otázky by však nemělo být vynaloženo žádné úsilí. První ze zvědavosti. Pokud budeme studovat expanzi vesmíru nebo nedávno zaznamenané gravitační vlny, proč bychom neměli studovat, jak náš mozok interpretuje čas a prostor? A za druhé, mnohé z neurodegenerativních patologií, jako je Alzheimerova nemoc, mají jako první příznaky dezorientaci v časoprostoru.Pokud známe neurofyziologické mechanismy tohoto kódování, mohli bychom objevit nové aspekty, které pomohou lépe porozumět patologickému průběhu těchto onemocnění a kdo ví, objeví nové farmakologické nebo nefarmakologické cíle.

Bibliografické odkazy:

Eichenbaum H. 2014. Časové buňky v hippocampu: nová dimenze pro mapování paměti. Nature 15: 732-742
Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Trajektorie kódující hipokampus a entorinální kůru. Neuron 27: 169-178.
Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. Prostorová reprezentace v entorinálním kortexu. Science 305: 1258-1264
Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Zrušení dlouhodobé stability nových buněčných map hippocampu místo blokádou receptoru NMDA. Science 280: 2121-2126.
Monako JD, Abbott LF. 2011. Modulární přizpůsobení aktivity buněčné sítě jako základ pro remapování hippocampu. J Neurosci 31: 9414-9425.
O'Keefe J, Speakman A. 1987. Jednotková aktivita v hipokampu myši během úlohy prostorové paměti. Exp Brain Res. 68: 1-27.
Scoville WB, Milner B (1957). Ztráta nedávné paměti po bilaterálním hippokampellezi. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.