"Поставете клетките", нещо като нашият мозъчен GPS

Април 3, 2024

Ориентацията и изследването в нови или непознати пространства е един от когнитивните способности, които най-често използваме. Ние го използваме, за да ни ръководи в нашата къща, нашия квартал, да отидем на работа.

Зависим и от това, когато пътуваме до нов и неизвестен град за нас. Ние го използваме дори когато шофираме и евентуално читателят ще бъде жертва на небрежност в ориентацията му или в другата, която ще го осъди да се изгуби, да бъде принуден да се обърне с колата, докато той с подходящия маршрут.

Това не е грешката на ориентацията, а грешката на хипокампуса

Всичко това са ситуации, които често ни омаловажават и ни водят да прокълнем нашата ориентация или тази на другите с обиди, викове и различни поведения. добре, защото днес ще дам четка в неврофизиологичните механизми на ориентация , в нашия Мозъчен GPS да ни разбират

Ще започнем да бъдем конкретни: ние не трябва да проклинаме ориентацията, тъй като тя е само продукт на нашата нервна дейност в определени региони. Ето защо ще започнем с проклятието на нашия хипокампус.

Хипокампусът като мозъчна структура

Еволюционно, хипокампусът е древна структура, тя е част от аркуиклатурата, т.е. онези структури, които са по-стари в нашия вид. Анатомично е част от лимбичната система, в която се намират и други структури като амигдала. Лимбическата система се разглежда като морфологична основа на паметта, емоциите, ученето и мотивацията.

Читателят, вероятно, ако е свикнал с психологията, ще разбере, че хипокампусът е необходима структура за консолидиране на декларативните спомени, т.е. с тези спомени с епизодично съдържание за нашия опит или другояче, семантика (Надел и О'Кийфе, 1972) ,

Доказателство за това са изобилните изследвания, които съществуват за популярния случай на "пациентът ЗМ" - пациент, чиито полукълба са били отстранени, причинявайки опустошителна антероградна амнезия, т.е. той не може да запомни нови факти, макар да е запазил по-голямата част от на вашите спомени от операцията. За тези, които искат да се задълбочат в този случай, препоръчвам проучванията на Сковил и Милнър (1957), които изучаваха пациента с НМ изчерпателно.

Мястото клетки: какви са те?

Досега не казваме нищо ново или нещо изненадващо. Но през 1971 г. случайно беше открит факт, който генерира началото на изследването на навигационните системи в мозъка. O'keefe и John Dostrovski, използващи вътречерепни електроди, може да регистрира активността на хипокампални специфични неврони при плъхове , Това предложи възможността, че докато се извършват различни поведенчески тестове, животното е будно, съзнателно и се движи свободно.

Онова, което не очакваха да открият, е, че има неврони, които отговарят селективно в зависимост от областта, в която е плъхът. Не е, че има специфични неврони за всяка позиция (например не е налице неврон за вашата баня), но че те се наблюдават в CA1 (специфична област на хипокампуса) клетки, които маркират референтни точки, които могат да бъдат адаптирани към различни пространства ,

Тези клетки бяха наречени поставете клетките, Ето защо не е, че има място на неврони за всяко конкретно пространство, което често срещате, а по-скоро те са отправна точка, която ви свързва с вашата среда; Така се формират егоцентричните навигационни системи. Поставянето на неврони също ще формира аларментрични навигационни системи, които ще свързват елементи от пространството между тях.

Иначе програмиране срещу опит

Това откритие озадачи много неврозитици, които считаха хипокампуса за декларативна учебна структура и сега видяха как успя да кодира пространствена информация. Това доведе до хипотезата за "когнитивната карта", която би предположила, че в хипокампуса ще се генерира представяне на нашата околна среда.

Точно както мозъкът е отличен генератор на карти за други сетивни модалности като кодирането на визуални, слухови и соматосензорни сигнали; не е неразумно да мислим за хипокампуса като структура, която генерира карти на нашата околна среда и която гарантира нашата ориентация в тях .

Изследването е отишло по-далеч и е направило тази парадигма на тест в много различни ситуации. Наблюдавано е например, че клетките на място в задачите на лабиринта стрелят, когато животното прави грешки или когато е в позиция, в която невронът обикновено ще стреля (O'keefe and Speakman, 1987).При задачи, при които животното трябва да се движи през различни пространства, е установено, че мястото на невроните стреля в зависимост от мястото, откъдето идва животното и къде отива (Frank et al., 2000).

Как се формират пространствените карти

Друго от основните акценти в изследователския интерес в тази област е как се формират тези пространствени карти. От една страна бихме могли да мислим, че клетките на място създават своята функция въз основа на опита, който получаваме, когато изследваме среда или можем да мислим, че това е основен компонент на нашите мозъчни вериги, т.е. вродени. Въпросът все още не е ясен и можем да намерим емпирични доказателства, които подкрепят двете хипотези.

От една страна, експериментите на Монако и Абът (2014 г.), които отчитат активността на голям брой клетки, са показали, че когато животно се поставя в нова среда, преминават няколко минути, докато тези клетки започнат да стрелят нормалното. По този начин, картите за място ще бъдат изразени по някакъв начин от момента, в който животното влезе в нова среда , но опитът ще промени тези карти в бъдеще.

Следователно може да мислим, че мозъчната пластичност играе роля при формирането на пространствени карти. Тогава, ако пластиката наистина играе роля, бихме очаквали, че нокаут мишките към NMDA рецептора на невротрансмитер глутамат - т.е. мишки, които не експресират този рецептор, няма да генерират пространствени карти, защото този рецептор играе основна роля в мозъчната пластичност и учене.

Пластичността играе важна роля в поддържането на пространствените карти

Обаче, това не е така и беше видяно, че нокаут мишки към NMDA рецептора или мишки, които са били лекувани фармакологично за блокиране на този рецептор, изразяват подобни модели на реакция на клетките в нова или позната среда. Това предполага, че експресията на пространствените карти е независима от мозъчната пластичност (Kentrol et al., 1998). Тези резултати биха подкрепили хипотезата, че навигационните системи са независими от ученето.

Въпреки всичко, използвайки логиката, механизмите на мозъчната пластичност трябва да са очевидно необходими за стабилността в паметта на наскоро формираните карти. И ако не беше така, каква ще бъде използването на преживяването, което човек създава, като се разхожда по улиците на своя град? Не може ли винаги да имаме чувството, че това е първият път, когато влязохме в нашата къща? Считам, че тъй като в толкова много други случаи хипотезите са по-допълващи се, отколкото изглеждат и по някакъв начин въпреки вроденото функциониране на тези функции, пластиката играе важна роля за поддържането на тези пространствени карти в паметта .

Мрежови, адресни и крайни клетки

Изключително абстрактно е да се говори за място клетки и вероятно повече от един читател е изненадан, че една и съща област на мозъка, която генерира спомени ни служи, така да се каже, GPS. Но ние не сме готови и най-доброто все още предстои. Сега нека наистина да объркам къдрянето. Първоначално се смяташе, че космическата навигация ще зависи изключително от хипокампуса, когато се вижда, че съседни структури като енторинен кортекс показват слабо активиране като функция на пространството (Frank et al., 2000).

Въпреки това, в тези проучвания е записана активността във вентралните зони на ентериналния кортекс и в по-късни проучвания са записани гръбначни области, които имат по-голям брой връзки с хипокампуса (Fyhn et al., 2004). Така че, тогава се наблюдава, че много клетки от този район са задействали в зависимост от позицията, подобна на хипокампуса , Досега се очаква да намерят резултати, но когато решиха да увеличат площта си, те щяха да се регистрират в ентериналния кортекс, те изненадаха: сред групите неврони, които бяха активирани в зависимост от пространството, заемано от животното, имаше очевидно мълчаливи зони - activadas-. Когато регионите, които показаха активиране, бяха практически свързани, моделите бяха наблюдавани под формата на шестоъгълници или триъгълници. Те нарекоха тези неврони на енториналния кортекс "червени клетки".

При откриването на червените клетки е възможно да се реши въпросът как се образуват клетките. Тъй като клетките съдържат многобройни връзки на мрежовите клетки, не е неразумно да мислят, че са формирани от тях. Но за пореден път нещата не са толкова прости и експерименталните доказателства не потвърждават тази хипотеза. Геометричните модели, които формират мрежовите клетки, все още не са могли да бъдат интерпретирани.

Навигационните системи не се свеждат до хипокампуса

Сложността не свършва тук. Още по-малко, когато се вижда, че навигационните системи не се редуцират до хипокампуса. Това направи възможно разширяването на границите на изследванията в други области на мозъка, като по този начин се откриват други типове клетки, свързани с клетките на мястото: Управляващи клетки и крайни клетки .

Управляващите клетки ще кодират посоката, в която се движи субектът и ще бъдат разположени в гръбната тегментална ядро на мозъчния ствол. От друга страна, крайните клетки са клетки, които увеличават скоростта на изпичане, тъй като субектът се доближава до границите на дадено пространство и може да бъде намерен в суб-цикумусния специфичен регион на хипокампуса. Ще предложим опростен пример, в който ще се опитаме да обобщим функцията на всеки тип клетка:

Представете си, че сте в трапезарията на вашата къща и че искате да отидете в кухнята. Тъй като сте в трапезарията на къщата си, ще имате стая, която ще се запали, докато стоите в трапезарията, но тъй като искате да отидете в кухнята, ще имате и друга активирана стая, която представлява кухнята. Активирането ще бъде ясно, защото къщата ви е пространство, което познавате отлично и активирането може да бъде открито както в клетките на място, така и в мрежата на клетките.

Сега, започнете да ходите към кухнята. Ще има група от конкретни клетки за адреси, които сега ще бъдат изстреляни и няма да се променят, докато поддържате определена посока. Сега представете си, че за да отидете в кухнята, трябва да завиете надясно и да прекосите тесен коридор. В момента, в който се обърнете, клетките ви за адреса ще го знаят, а друг набор от адресни клетки ще регистрира посоката, която е предприела за активиране, а предишните ще бъдат деактивирани.

Представете си също, че коридорът е тесен и всяко фалшиво движение може да ви накара да ударите стената, така че краищата ви ще увеличат скоростта на стрелба. Колкото по-близо до стената на коридора, толкова по-голямо е съотношението на изстрелване, което ще покаже вашите крайни клетки. Помислете за крайните клетки като сензори, които някои нови автомобили имат и които правят звуков сигнал, когато маневрирате да паркирате. Крайните клетки Те работят по подобен начин на тези сензори, колкото по-близо са да се сблъскат с повече шум, който правят , Когато пристигнете в кухнята, вашите клетки ще ви кажат, че е пристигнала задоволително и тъй като е по-широка среда, вашите крайни клетки ще се отпуснат.

Нека просто усложним всичко

Любопитно е да мислим, че нашият мозък има начини да разберем нашата позиция. Но все още има един въпрос: Как да съчетаем декларативната памет с космическата навигация в хипокампуса? Тоест как влияят нашите спомени върху тези карти? Или може ли да се направят нашите спомени от тези карти? За да се опитаме да отговорим на този въпрос, трябва да мислим малко повече. Други проучвания посочват, че същите клетки, които кодират пространство, за което вече говорихме, кодират и времето , По този начин се говори за това време клетки (Eichenbaum, 2014), която ще кодира възприемането на времето.

Изненадващото нещо за случая е това все повече и повече доказателства в подкрепа на идеята, че клетките на място са същите като клетките на времето , Тогава същият неврон, използващ същите електрически импулси, може да кодира пространство и време. Връзката между кодирането на времето и пространството в същите потенциали на действие и тяхното значение в паметта остават загадка.

В заключение моето лично мнение

Моето мнение за това? Като изключа робата на моя учен, мога да кажа това човешкото същество е свикнало да мисли за лесния вариант и искаме да мислим, че мозъкът говори на същия език, какъвто ние , Проблемът е, че мозъкът ни предлага опростена версия на реалността, която той самият обработва. По подобен начин на сянката на пещерата на Платон. И така, както в квантовата физическа бариера на това, което ние разбираме като реалност, са разбити, в невронауката ние откриваме, че в мозъка нещата са различни от света, които съзнателно възприемаме и трябва да имаме много отворен ум, че нещата не са защо да бъдем такива, каквито наистина ги възприемаме.

Единственото, което имам ясно, е нещо, което Антонио Дамасио свикна много в своите книги: мозъкът е велик генератор на карти , Може би мозъкът интерпретира времето и пространството по същия начин, за да картографират нашите спомени. И ако ви се струва химерен, мислете, че в теорията си за относителността Einsten е една от теориите, които той постулира, че времето не може да бъде разбрано без пространство и обратно. Несъмнено разкриването на тези мистерии е предизвикателство, още повече, когато те са трудни аспекти за изучаване на животни.

Не бива да се полага никакво усилие по тези въпроси. Първо любопитство. Ако проучим разширяването на Вселената или наскоро записаните гравитационни вълни, защо не бихме могли да проучим как мозъкът ни интерпретира времето и пространството? И на второ място, много от невродегенеративните патологии, като болестта на Алцхаймер, имат дезориентация в пространството-време като първи симптоми.Познавайки неврофизиологичните механизми на това кодиране, бихме могли да открием нови аспекти, които ще помогнат за по-добро разбиране на патологичния ход на тези заболявания и кой знае, откриват нови фармакологични или не-фармакологични цели.

Библиографски справки:

Eichenbaum З. 2014. Часови клетки в хипокампуса: ново измерение за картографиране на памети. Nature 15: 732-742
Frank LM, Brown EN, Wilson М. 2000. Траектория, кодираща в хипокампуса и енториналната кора. Neuron 27: 169-178.
Fyhn M, Molden S, депутат от Witter, Moser EI, Moser M-B. 2004. Пространствено представяне в ентериналния кортекс. Science 305: 1258-1264
Kentros С, Hargreaves Е, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro М, Muller RV. 1998. Премахване на дългосрочната стабилност на нови хипокампални клетъчни карти чрез блокиране на NMDA рецепторите. Science 280: 2121-2126.
Монако JD, Abbott LF. 2011. Модулно пренастройване на активността на мрежата като основа за преопаковане на хипокампа. J Neurosci 31: 9414-9425.
O'Keefe J, Speakman А. 1987. Единична единична активност в мишия хипокампус по време на задача за пространствена памет. Exp Brain Res 68: 1-27.
Scoville WB, Milner В (1957). Загуба на скорошна памет след двустранна хипокампалация. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.