A "helyek sejtjei", mint a mi agy GPS

Március 28, 2024

Az új vagy ismeretlen terekben való tájékozódás és feltárás az egyik leggyakrabban használt kognitív képesség. Ezt arra használjuk, hogy vezessen minket a házunkban, a szomszédságunkban, hogy menjen dolgozni.

Abban is függünk, amikor új és ismeretlen városba utazzunk. Még akkor is használjuk, amikor vezetünk, és valószínűleg az olvasó egy elhanyagoltság áldozatává válik a tájékozódásban vagy a társakéval, amely elítélte, hogy elveszett, és arra kényszerül, hogy az autóhoz forduljon. a megfelelő útvonalon.

Nem az orientáció hibája, hanem a hippocampus hibája

Mindezek olyan helyzetek, amelyek gyakran frusztrálnak bennünket, és amelyek arra késztetnek bennünket, hogy megbotránkoztatással, kiabálással és különböző viselkedéssel átkozzuk orientációjukat vagy másokéit. nos, mert ma fogom az ecsetvonásokat a tájékozódás neurofiziológiai mechanizmusaiban , a mi Brain GPS megérteni minket

Kezdjük azzal, hogy specifikusak: nem szabad átokozni a tájékozódást, mivel ez csak a neurális aktivitás egyik terméke az egyes régiókban. Ezért elkezdjük a hippocampust átkozva.

A hippocampus mint agyi szerkezet

Evolvívan a hippocampus ősi struktúra, az arkturkultúra része, vagyis azok a struktúrák, amelyek filogenetikailag idősebbek a fajunkban. Anatómiailag ez része a limbikus rendszernek, amelyben más struktúrák is megtalálhatók, mint amygdala. A limbikus rendszert a memória, az érzelmek, a tanulás és a motiváció morfológiai szubsztrájaként tartják számon.

Lehetséges, hogy ha az olvasó pszichológiával rendelkezik, tudni fogja, hogy a hippocampus szükséges struktúra a deklaratív emlékek konszolidációjához, vagyis azokkal a memóriákkal, amelyek epizodikus tartalommal rendelkeznek a tapasztalatainkról, vagy pedig a szemantikáról (Nadel és O'Keefe, 1972) .

Ennek bizonyítéka a bőséges tanulmányok, amelyek a "beteg HM" népbetegségéről szólnak, egy olyan páciensről, akinek az időbeli félgömböket eltávolították, pusztító anterográziós amnéziát termelt, vagyis nem tudta megjegyezni az új tényeket, bár a legtöbb az emlékeidet a művelet előtt. Azok számára, akik ebben a helyzetben szeretnének elmélyülni, ajánlom Scoville és Millner (1957) tanulmányait, akik kimerítően tanulmányozták a HM betegét.

A Place Cells: mi az?

Eddig nem mondtunk semmit újnak, vagy valami meglepőnek. De 1971-ben történt, amikor véletlenül felfedezték az agyi navigációs rendszerek tanulmányozásának kezdetét. O'keefe és John Dostrovski, intracranialis elektródákkal, képes rögzíteni a hippokampusz-specifikus neuronok aktivitását patkányokon . Ez felajánlotta annak lehetőségét, hogy különböző viselkedési tesztek során az állatok éberek voltak, tudatosak és szabadon mozogtak.

Amit nem várták felfedezni, hogy vannak olyan idegsejtek, amelyek szelektíven válaszoltak attól függően, hogy a patkány melyik területről van szó. Nem minden egyes pozícióra specifikus neuronok vannak (például neuronja van a fürdőszobádnak), de megfigyelhetők a CA1-ben (a hippocampus egy meghatározott régiójában), amelyek olyan referenciapontokat jelöltek meg, amelyek különböző terekhez igazíthatók .

Ezeket a sejteket hívták helyezze a sejteket. Ezért nem az, hogy van egy neuron a hely minden egyes helyet, amit gyakori, hanem inkább olyan referenciapontok, amelyek kapcsolatban vannak a környezetedhez; Így keletkeznek az egocentrikus navigációs rendszerek. Az idegsejtek egyúttal allocentrikus navigációs rendszereket is alkotnak, amelyek összekapcsolják a tér elemeit.

Belső programozás és tapasztalat

Ez a felfedezés sok neurotixist zavarba ejt, akik a hippocampust deklaratív tanulási struktúrának tekintették, és most látták, hogyan tudta kódolni a térinformációt. Ez felvetette a "kognitív térkép" hipotézisét, amely azt feltételezi, hogy a környezetünknek a hippocampusban való megjelenése keletkezik.

Csakúgy, mint az agy kiváló más generátor a más érzékszervi modalitásokhoz, mint például a vizuális, hallási és szomatoszenzoros jelek kódolása; nem indokolatlan a hippocampust mint olyan struktúrát gondolni, amely környezetünk térképét hozza létre, és amely garantálja a mi orientációjukat .

A kutatás tovább haladt, és nagyon különböző helyzetekben próbára tette ezt a paradigmát. Például azt látják, hogy a labirintusban lévő helyek lőnek, amikor az állat hibákat követ el, vagy amikor olyan helyzetben van, amelyben a neuron általában lőni (O'keefe és Speakman, 1987).Az olyan feladatoknál, ahol az állatnak különböző tereken kell haladnia, látható, hogy a helybeli idegsejtek lőnek attól függően, hogy honnan származik az állat és hol tart. (Frank et al., 2000).

Hogyan készülnek térbeli térképek?

A kutatási érdeklődés egyik fő területe ezen a téren az, hogy ezek a térbeli térképek kialakultak. Egyrészt azt gondolhatnánk, hogy a helyspecifikus sejtek a tapasztalataink alapján alapozzák meg működésüket, amikor felfedezzük a környezetet, vagy azt gondolhatjuk, hogy az agyi áramköreink egyik alapeleme, vagyis velünk született. A kérdés még nem tisztázott, és empirikus bizonyítékokat találunk, amelyek mindkét hipotézist támogatják.

Egyrészt Monacó és Abbott (2014) kísérletei, amelyek számos sejtet aktiváltak, azt tapasztalták, hogy amikor egy állatot új környezetbe helyeznek, több percig tartanak, amíg ezek a sejtek elkezdenek lőni normális. Így a helyrajzi térképek valamilyen módon kifejezésre kerülhetnek attól a pillanattól kezdve, hogy egy állat új környezetbe kerül , de a tapasztalatok ezeket a térképeket a jövőben módosítanák.

Ezért azt gondolhatjuk, hogy az agyi plaszticitás szerepet játszik a térbeli térképek kialakításában. Ezután, ha a plaszticitás valóban szerepet játszott volna, azt várnánk, hogy a neurotranszmitter glutamát NMDA receptorához tartozó knockout egerek - vagyis az egerek, amelyek nem expresszálják ezt a receptort - nem generálnák térbeli térképeket, mivel ez a receptor alapvető szerepet játszik az agyi plaszticitásban és tanulást.

A plaszticitás fontos szerepet játszik a térbeli térképek fenntartásában

Azonban ez nem így van, és azt tapasztaltuk, hogy az NMDA-receptorhoz vagy egerekhez knockout egerek, amelyek farmakológiailag kezelték ezt a receptort, blokkolják a sejtek hasonló reakcióképességét új vagy ismerős környezetekben. Ez arra utal, hogy a térbeli térképek kifejeződése független az agyi plaszticitástól (Kentrol et al., 1998). Ezek az eredmények támasztják alá azt a hipotézist, miszerint a navigációs rendszerek függetlenek a tanulástól.

Mindennek ellenére, a logikát alkalmazva, az agyi plaszticitás mechanizmusainak világosan meg kell, hogy feleljenek a közelmúltban kialakított térképek memóriájába. És ha nem így lenne, akkor mi lenne az a tapasztalat, amelyet a város utcáin sétálva alakítanak ki? Nem lenne mindig az az érzésünk, hogy ez az első alkalom, amikor beléptünk a házunkba? Úgy vélem, hogy mint sok más alkalom, a hipotézisek sokkal komplementerek, mint amilyennek látszanak, és valamilyen módon, annak ellenére, a plaszticitásnak szerepe van a memóriában tárolt térbeli térképek fenntartásában .

Hálózat, cím és éles cellák

Nagyon absztrakt, hogy beszélni kell a sejtekről, és valószínűleg több olvasó is meglepődött, hogy ugyanaz a agyterület, amely emlékeket generál, szolgál, úgymond, a GPS. De nem vagyunk készek, és a legjobb még nem jön. Most gurítsuk fel a göndöret. Kezdetben azt gondolták, hogy a térhajózás kizárólag a hippocampustól függ, amikor azt láttuk, hogy a szomszédos struktúrák, például az entorhinalis kéreg nagyon gyenge aktivációt mutatott a tér függvényében (Frank és munkatársai, 2000).

Azonban ezeknél a vizsgálatoknál az entorhinalis cortex ventrális területein végzett aktivitást feljegyezték, és későbbi vizsgálatok során rögzítettek dorsalis területeket, amelyek nagyobb hányaddal rendelkeznek a hippokampuszhoz (Fyhn et al., 2004). Tehát, akkor megfigyelték, hogy a régió számos sejtje a pozíciótól függően lőtt, hasonlóan a hippocampushoz . Eddig találtak eredményeket, de amikor úgy döntöttek, hogy megnövelik az entorhinalis kortexen regisztrált területet, meglepetésük volt: az állatok által elfoglalt hely függvényében aktivált neuronok csoportjai között láthatólag csendes zónák voltak - vagyis nem activadas-. Amikor az aktivációt mutató régiók gyakorlatilag csatlakoztak, a mintákat hatszög vagy háromszög formájában figyelték meg. A "vörösvérsejtek" entorhinális kéregének idegsejtjeinek nevezték.

Amikor vörösvértesteket fedeztek fel, meg lehetett oldani a sejtek kialakulásának kérdését. Miután a sejtek számos hálózati kapcsolatot létesítenek, nem ésszerűtlen azt gondolni, hogy ezekből alakulnak ki. Azonban még egyszer a dolgok nem olyan egyszerűek, és a kísérleti bizonyítékok nem támasztották alá ezt a hipotézist. A hálózati cellákat alkotó geometriai minták még nem voltak képesek értelmezni.

A navigációs rendszerek nem korlátozódnak a hippocampusra

A komplexitás itt nem ér véget. Még kevésbé, amikor már láttuk, hogy a navigációs rendszerek nem csökkentik a hippocampust. Ez lehetővé tette a kutatás határainak kiterjesztését más agyterületekre, így felfedve a sejtekhez kapcsolódó egyéb sejttípusokat: Kormányzók és élsejtek .

Az irányító sejtek kódolják azt az irányt, amelyben a téma mozog, és az agytörzs dorsalis tegmentális magjában helyezkedik el. Másrészt az élsejtek olyan sejtek, amelyek növelik tüzelési sebességüket, mivel a téma egy adott tér határait megközelíti, és a hippocampus szubikulum-specifikus régiójában található. Egyszerűsített példát fogunk ajánlani, amelyben megpróbáljuk összefoglalni az egyes cellatípusok működését:

Képzeld el, hogy te vagy a házad ebédlőjében, és hogy el akarsz menni a konyhába. Mivel házad ebédlőjében vagy, akkor egy szobatelefon lesz, amely az étkezőben tartózkodik, de mivel a konyhában akarsz menni, akkor egy másik, aktivált szobatelefon is van, amely a konyhát képviseli. Az aktiválás világos lesz, mivel a ház olyan hely, amelyet tökéletesen ismer, és az aktiválás kimutatható mind a hely, mind a sejtek hálózatában.

Most kezdj el sétálni a konyhába. Lesz egy csoport egyedi címcellák, amelyek most lőni fognak, és nem fog változni mindaddig, amíg fenntartani egy adott irányt. Most képzeljük el, hogy menni a konyhába kell fordulni jobbra és átlépni egy keskeny folyosón. A pillanat, amikor megfordul, a címsíkjait meg fogják ismerni, és egy másik cella-cellakészlet rögzíti azt az irányt, amelyet most aktivált, és az előzőek kikapcsolódnak.

Képzeld el azt is, hogy a folyosó keskeny, és bármilyen hamis mozgás okozhat, hogy elérje a falat, így a szélsejtjei növelik a tüzelési sebességet. Minél közelebb kerülsz a folyosó falához, annál nagyobb a tüzelési arány, amely megmutatja a szélső cellákat. Gondolj a szélső cellákra, mint olyan érzékelők, amelyeknek néhány új autója van, és amelyek hallható jelzést adnak, amikor manőverezik a parkot. A peremcellák Hasonlóan dolgoznak ezekkel az érzékelőkkel, annál közelebb kerülnek ahhoz, hogy ütköznek a nagyobb zajjal . Amikor megérkezik a konyhába, a helyek sejtjei azt mondják neked, hogy kielégítően megérkezett, és mivel szélesebb környezet, az éleinek sejtjei lazulnak.

Csak bonyolítsunk mindent

Érdekes azt gondolni, hogy az agyunk képes megismerni pozíciónkat. De még mindig van kérdés: Hogyan tudjuk összeegyeztetni a deklaratív memóriát a űrhajózással a hippocampusban? Azaz hogyan befolyásolják emlékeink ezeket a térképeket? Vagy lehet, hogy emlékeink ezekből a térképekből származnak? A kérdés megválaszolásához egy kicsit tovább kell gondolkodnunk. Más tanulmányok rámutattak arra, hogy ugyanazok a cellák, amelyek kódolják a helyet, amelyekről már beszéltünk, szintén kódolják az időt . Így beszéltünk róla idős sejteket (Eichenbaum, 2014), amely kódolja az idő érzékelését.

Az ügy meglepő dolog az, hogy egyre több bizonyíték támasztja alá azt az elképzelést, hogy a sejtek helyzete megegyezik az időcellákkal . Ezután ugyanaz a neuron, amely ugyanazokat az elektromos impulzusokat használja, képes tér és idő kódolására. Az idő és a tér kódolásának kapcsolata ugyanabban a cselekvési potenciálban és a memória fontosságában rejtély marad.

Összefoglalva: az én személyes véleményem

Véleményem róla? Elveszem a tudós ruháját, ezt mondhatom az emberi lény szokott gondolkodni az egyszerű lehetőségről, és azt gondoljuk, hogy az agy ugyanazt a nyelvet használja, mint mi . A probléma az, hogy az agy egyszerűsített verziót nyújt a valóságnak, amit maga is feldolgoz. Platón barlangjának árnyékához hasonló módon. Így, ahogyan a kvantumfizikai akadályok is, amit a realitásnak megértünk, az idegtudományban felfedezzük, hogy az agyban a dolgok eltérnek a világtól, amit tudatosan észlelünk, és nagyon nyitottnak kell lennünk, hogy a dolgok nem rendelkeznek miért olyan, ahogy mi ténylegesen érzékeljük őket.

Az egyetlen dolog, amit egyértelművé tettem, olyan dolog, amit Antonio Damasio sokszor megismételni könyveiben: az agy egy nagy térképgenerátor . Talán az agy ugyanúgy értelmezi az időt és a teret, mint az emlékeinket. És ha kiméra úgy tűnik, hogy azt gondolod, hogy Einsten a relativitáselméletében az egyik olyan elméletet, melyet feltételezett, az az idő nem érthető meg tér nélkül, és fordítva. Kétségtelen, hogy ezek a rejtélyek kibontakozása kihívás, még akkor is, ha nehéz az állatokon való tanulmányozás.

Azonban ezekre a kérdésekre semmilyen erőfeszítést nem szabad kímélni. Először a kíváncsiság. Ha tanulmányozzuk a világegyetem vagy a közelmúltban regisztrált gravitációs hullámok kiterjedését, miért nem tanulmányoznánk, hogy az agyunk hogyan értelmezi az időt és a helyet? Másrészt a neurodegeneratív patológiák közül sok, mint például az Alzheimer-kór, elsődleges tünetekként tér-időbeli diszorientációt mutatnak.Ennek a kódolásnak a neurofiziológiai mechanizmusai ismeretében olyan új szempontokat fedezhetünk fel, amelyek segítenek jobban megérteni ezeknek a betegségeknek a patológiás folyamatait, és ki tudja, új farmakológiai vagy nem farmakológiai célokat fedez fel.

Bibliográfiai hivatkozások:

Eichenbaum H. 2014. Időkasejtek a hippocampusban: új dimenzió az emlékek feltérképezéséhez. Nature 15, 732-742
Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. A hippocampusban és az entorhinalis kortexben kódolt pálya. Neuron 27, 169-178.
Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. térbeli ábrázolás az entorhinalis kéregben. Science 305: 1258-1264
Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Új hippokampális helysejt-térképek hosszú távú stabilitásának eltörlése NMDA receptor blokád alkalmazásával. Science 280, 2121-2126.
Monaco JD, Abbott LF. 2011. A rácssejtek aktivitásának moduláris átrendeződése a hippocampalis remapping alapjául. J Neurosci 31: 9414-9425.
O'Keefe J, Speakman A. 1987. Egyedi aktivitás az egér hippocampusban térbeli memória feladat során. Exp Brain Res 68: 1-27.
Scoville WB, Milner B (1957). A legutóbbi memória elvesztése kétoldalú hippokampallázás után. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.