"Vieta šūnas", kaut kas līdzīgs mūsu smadzeņu GPS

Orientēšanās un izpēte jaunās vai nezināmās telpās ir viena no izziņas spējām, kuras mēs visbiežāk izmantojam. Mēs to izmantojam, lai vadītu mūs mūsu mājā, mūsu apkārtnē, lai dotos uz darbu.

Mēs to arī atkarīgi, ceļojot uz jauno un nezināmo pilsētu. Mēs to lietojam pat tad, kad mēs braucam, un, iespējams, lasītājs būs neuzmanības cēlonis viņa orientācijā vai biedra veidā, kas viņu nosodīs zaudēt, ir spiests apgriezties ar automašīnu, līdz viņš ar atbilstošu maršrutu.

Tas nav orientācijas vaina, tas ir hipokampusa vaina

Visas šīs ir situācijas, kas mūs bieži sagrauj un kas liek mums lāpīt mūsu orientāciju vai citu apvainojumu, uzbrukumu un dažādu uzvedību. Labi jo šodien es piešķiršu orientācijas neirofizioloģiskos mehānismus krūmu triecienu , mūsu Brain GPS saprast mūs

Mēs sākam ar konkrētu raksturu: mēs nedrīkstam nolādēt orientāciju, jo tas ir tikai mūsu nervu darbības rezultāts konkrētos reģionos. Tāpēc mēs sāksim nolādējot mūsu hipokampu.

Hipokampu kā smadzeņu struktūru

Evolutīvi hipokampuss ir sena struktūra, tā ir daļa no arquiculture, tas ir, tās struktūras, kas ir filoģenētiski vecākas mūsu sugās. Anatomiski, tā ir daļa no limbiskas sistēmas, kurā ir atrastas arī citas struktūras, piemēram, amigdala. Limbiskā sistēma tiek uzskatīta par atmiņas morfoloģisko pamatu, emocijām, mācībām un motivāciju.

Lasītājs, iespējams, ja viņš ir pieradis pie psiholoģijas, zinās, ka hipokampis ir nepieciešama deklaratīvo atmiņu konsolidācijas struktūra, tas ir, ar atmiņām ar epizodisku saturu par mūsu pieredzi vai arī semantiku (Nadel un O'Keefe, 1972) .

Pierādījums tam ir bagātīgie pētījumi par populāro "pacienta HM" gadījumu, pacients, kura īslaicīgās puslodes ir izņemta, radot postošas ​​anterogrāta amnēzi, tas ir, viņš nevarēja atcerēties jaunus faktus, lai gan viņš saglabāja lielāko daļu no jūsu atmiņas pirms operācijas. Tiem, kuri vēlas padziļināt šajā gadījumā, es ieteiktu studēt Scoville un Millner (1957), kas pētīja HM pacientu izsmeļoši.

Vietu šūnas: kādi tie ir?

Līdz šim mēs nesakām neko jaunu vai neko pārsteidzošu. Bet tas bija 1971. gadā, kad nejauši atklāja faktu, kas radīja navigācijas sistēmu pētījuma sākumu smadzenēs. O'keefe un John Dostrovski, izmantojot intrakraniālos elektrodus, varētu reģistrēt hipokampu specifisko neironu darbību žurkām . Tas piedāvāja iespēju, ka, veicot dažādas uzvedības pārbaudes, dzīvnieks bija nomods, apzinās un brīvi pārvietojās.

Ko viņi neplānoja atklāt, bija tas, ka bija neironi, kas reaģēja selektīvi atkarībā no vietas, kurā bija žurkas. Tas nenozīmē, ka katram stāvoklim nebija specifisku neironu (piemēram, jūsu vannas istabai nav neirona), bet tie tika novēroti CA1 (noteiktā hippocampus reģionā) šūnās, kas marķēja atskaites punktus, kurus var pielāgot dažādām telpām .

Šīs šūnas sauca ievietojiet šūnas. Tāpēc ne katram konkrētajai vietai, kur jūs bieži sastopat, ir neirons, bet drīzāk tie ir atskaites punkti, kas attiecas uz jūsu vidi; Tieši tādā veidā veidojas egocentriskās navigācijas sistēmas. Vieta neironiem veidos arī nuklementārās navigācijas sistēmas, kas saistīs elementus starp telpu starp tām.

Iedomājama programmēšana un pieredze

Šis atklājums satrauca daudzus neirofiziķus, kuri uzskatīja hipokampu par deklaratīvas mācību struktūru un tagad redzēja, kā tā varēja šifrēt telpisko informāciju. Tas radīja hipotēzi par "kognitīvo karti", kas domātu, ka hipotēkā radīsies mūsu vides atveidojums.

Tāpat kā smadzenes ir lielisks karšu ģenerators citiem sensoro režīmiem, piemēram, vizuālo, dzirdes un somatosensoru signālu kodēšanu; tas nav pamatoti domāt par hipokampu kā struktūru, kas ģenerē mūsu vides kartes un garantē mūsu orientāciju tajos .

Pētījums ir gājis vēl tālāk, un šo paradigmu ir izvirzījis testā ļoti dažādās situācijās. Piemēram, ir redzams, ka labirints uzdevumu vietas šūnas atvesti, kad dzīvnieks pieļāvis kļūdas vai kad tā parasti atdarina neironu (O'keefe and Speakman, 1987).Uzdevumos, kuros dzīvniekam jāpārvietojas dažādās vietās, ir redzams, ka neironu atrašana notiek atkarībā no tā, no kurienes dzīvnieks nāk un kur tas notiek (Frank et al., 2000).

Kā tiek veidotas telpiskās kartes

Vēl viens no galvenajiem pētījumu interešu centriem šajā jomā ir par to, kā tiek veidotas šīs teritorijas kartes. No vienas puses, mēs varētu domāt, ka šūnas nosaka savu funkciju, balstoties uz pieredzi, ko mēs saņemam, kad mēs izpētām vidi, vai arī mēs domājam, ka tā ir mūsu smadzeņu ķēdes pamatā esoša sastāvdaļa, tas ir, iedzimts. Jautājums vēl nav skaidrs, un mēs varam atrast empīriskus pierādījumus, kas atbalsta abas hipotēzes.

No vienas puses, Monako un Abbotta (2014) eksperimentos, kuros reģistrēta liela šūnu skaita aktivitāte, ir redzams, ka tad, kad dzīvnieks tiek novietots jaunā vidē, ir pagājušas vairākas minūtes, līdz šīs šūnas sāk šaut ar Normality Tātad, Vietas kartes kaut kādā veidā tiks izteiktas no brīža, kad dzīvnieks nonāk jaunā vidē , taču pieredze varētu mainīt šīs kartes nākotnē.

Tādēļ mēs varētu domāt, ka smadzeņu plastika spēlē lomu telpisko karšu veidošanā. Tad, ja plastiskums patiešām būtu bijusi loma, mēs varētu sagaidīt, ka nokautas pelēm NMDA receptoram no neirometransmitera glutamāta, tas ir, pelēm, kas neizpauž šo receptoru, neradītu telpiskās kartes, jo šim receptoram ir būtiska loma smadzeņu plastiskuma un mācīšanās

Plastmasai ir liela nozīme telpisko karšu uzturēšanā

Tomēr tas tā nav, un tika novērots, ka NMDA receptoru vai peles, kuras farmakoloģiski ārstētas, lai bloķētu šo receptoru, iznīcinātu pelēm, izpaustos līdzīgus šūnu reakcijas modeļus jaunās vai pazīstamajās vidēs. Tas liecina, ka telpisko karšu izteiksme nav atkarīga no smadzeņu plastiskuma (Kentrol et al., 1998). Šie rezultāti apstiprina hipotēzi, ka navigācijas sistēmas ir atkarīgas no mācīšanās.

Neskatoties uz visu, izmantojot loģiku, nestabilitātes atmiņā nesen izveidoto karšu stabilitātei noteikti jābūt smadzeņu plastiskuma mehānismiem. Un, ja tas tā nebūtu, kāda būtu pieredzes izmantošana, kāda tā būtu, veidojot ejot pilsētas ielās? Vai mums ne vienmēr būtu sajūta, ka tā ir pirmā reize, kad mēs ienācām mūsu mājā? Es uzskatu, ka, tāpat kā daudzos citos gadījumos, hipotēzes ir vairāk savstarpēji papildinošas, nekā šķiet, un kaut kādā veidā, neraugoties uz šo funkciju dabisko funkcionēšanu, Plastmasai ir liela nozīme atmiņā saglabājot šīs telpiskās kartes .

Tīkla, adreses un malu šūnas

Ir diezgan abstrakts runāt par vietas šūnām un, iespējams, vairāk nekā viens lasītājs ir pārsteigts, ka tā pati smadzeņu zona, kas ģenerē atmiņas, kalpo mums, tā sakot, GPS. Bet mēs neesam pabeigti un vislabākie vēl ir nākuši. Tagad ieslēdzam cirtojumu patiešām. Sākotnēji tika uzskatīts, ka kosmosa navigācija būs atkarīga tikai no hipokampa, kad tika novērots, ka blakus esošās struktūras, piemēram, entorhinal cortex, parādīja ļoti vāju aktivāciju kā telpas funkciju (Frank et al., 2000).

Tomēr šajos pētījumos tika konstatēta aktivitāte entorhināla dzemdes kakla ventrālajos apgabalos, un vēlākos pētījumos tika reģistrētas muguras daļas, kurām ir lielāks skaits savienojumu ar hipokampu (Fyhn et al., 2004). Tātad, tad tika novērots, ka daudzi šā reģiona šūri ir atlaisti atkarībā no atrašanās vietas, līdzīgi kā hipokampos . Līdz šim viņiem sagaidāms, ka tie atradīs rezultātus, bet, kad viņi nolēma palielināt platību, kuru viņi reģistrēs entorhinālajā garā, viņiem bija pārsteigums: starp neironu grupām, kas tika aktivizētas atkarībā no dzīvnieka aizņemtā telpas, bija acīmredzami klusas zonas - tas ir, tās nebija aktivizēts-. Ja reģioni, kas aktivizēja aktivitāti, faktiski tika apvienoti, modeļi tika novēroti sešstūra vai trīsstūra veidā. Viņi sauca šos neuronus no entorhinal cortex "sarkanās šūnas".

Kad atklājās sarkanās šūnas, bija iespējams atrisināt jautājumu par to, kā šūnas veidojas. Ņemot šūnas izvietojot daudzus tīkla šūnu savienojumus, nav prātīgi domāt, ka tie no tiem veidojas. Tomēr atkal lietas nav tik vienkārši un eksperimentālie pierādījumi nav apstiprinājuši šo hipotēzi. Ģeometriskie modeļi, kas veido tīkla šūnas, vēl nav interpretējami.

Navigācijas sistēmas nav saistītas ar hipokampu

Sarežģītība šeit nebeidzas. Pat mazāk, kad ir redzams, ka navigācijas sistēmas nav samazinātas līdz hipokampa. Tas ir ļāvis paplašināt pētījumu robežas uz citām smadzeņu zonām, tādējādi atklājot citus šūnu tipus, kas saistīti ar vietas šūnām: Stūrēšanas šūnas un malu šūnas .

Vadības šūnas kodē virzienu, kādā objekts pārvietojas, un tas atradīsies smadzeņu mugurējās ķermeņa kodolā. No otras puses, malu šūnas ir šūnas, kas palielina šūšanas ātrumu, kad subjekts tuvojas noteiktas telpas robežām un to var atrast hipokampu specifiskajā vietnēs. Mēs piedāvājam vienkāršotu piemēru, kurā mēs centīsimies apkopot katra šūnas veida funkcijas:

Iedomājieties, ka jūs esat savas mājas ēdamistabā un vēlaties iet uz virtuvi. Tā kā jūs esat savas mājas ēdamistabā, jums būs istabu šūna, kas būs uguns, kamēr jūs paliksiet ēdamistabā, bet, tā kā jūs vēlaties doties uz virtuvi, jums būs arī vēl viena aktivizēta istabu kamera, kas pārstāv virtuvi. Aktivizācija būs skaidra, jo jūsu māja ir vieta, kuru jūs labi pazīstat, un aktivizāciju var noteikt gan vietņu šūnās, gan šūnu tīklā.

Tagad sāciet iet uz virtuvi. Tiks izveidota īpašu adrešu šūnu grupa, kas tagad tiks aktivizēta un nemainīsies, kamēr saglabāsit noteiktu virzienu. Tagad iedomājieties, ka, lai pārietu uz virtuvi, jums jāgriežas pa labi un šķērso šauru koridoru. Kad jūs ieslēdzat, jūsu adrešu šūnas to zinās, un vēl viens adrešu šūnas komplekts reģistrēs virzienu, kuru tas tagad ir aktivizējis, un iepriekšējie tiks deaktivizēti.

Iedomājieties arī, ka koridors ir šaurs un jebkura nepatiesa kustība var izraisīt sitienu, tāpēc jūsu mala šūnas palielinās jūsu šāviena ātrumu. Jo tuvāk jūs nokļūsit koridora sienā, jo lielāka šaušanas attiecība rādītu jūsu mala šūnas. Padomājiet par malu šūnām kā sensoriem, kuriem ir daži jauni automobiļi, un kas rada skaņas signālu, kad manevrējat parku. Malu šūnas Tie strādā līdzīgi kā šie sensori, jo tuvāk tie saskaras ar lielāku troksni . Kad jūs ierodaties pie virtuves, jūsu vietas šūnas būs teicis, ka tas ir pienācīgi ieradies, un tā kā tā ir plašāka vide, jūsu mala šūnas atpūsties.

Vienkārši sarežģīsim visu

Interesanti domāt, ka mūsu smadzenēs ir veidi, kā pazīt savu pozīciju. Bet vēl joprojām ir jautājums: kā mēs varam saskaņot deklaratīvo atmiņu ar kosmosa navigāciju hippokampā?, Tas ir, kā mūsu atmiņas ietekmē šīs kartes? Vai arī tas varētu notikt, ka mūsu atmiņas tika veidotas no šīm kartēm? Lai mēģinātu atbildēt uz šo jautājumu, mums ir jādomā nedaudz tālāk. Citi pētījumi ir norādījuši, ka tās pašas šūnas, kas kodē vietu, par kuru mēs jau runājām, kodē arī laiku . Tādējādi ir runāts par laika šūnas (Eichenbaum, 2014), kas kodētu laika uztveri.

Pārsteidzoša lieta par lietu ir tā vairāk un vairāk pierādījumu, kas pamato ideju, ka šūnu vieta ir tāda pati kā laika šūnas . Tad tas pats neirons, kas izmanto vienus un tos pašus elektriskos impulsus, spēj kodēt vietu un laiku. Attiecības starp laika un telpas kodēšanu vienā rīcības potenciālā un to nozīmi atmiņā joprojām ir noslēpums.

Noslēgumā: mans personīgais viedoklis

Mans viedoklis par to? Es varu teikt, ka, atkāpjoties no mana zinātnieka drēbes cilvēks ir pieradis domāt par vieglu iespēju, un mēs vēlētos domāt, ka smadzenes runā tādā pašā valodā kā mēs . Problēma ir tā, ka smadzenes piedāvā vienkāršotu realitātes variantu, ko viņš pats apstrādā. Līdzīgi kā Platona alas ēnas. Tieši tāpat kā kvantu fizikālie šķēršļi, ko mēs saprotam kā realitāti, ir sadalīti, neirozinātnēs mēs atklājam, ka smadzenēs lietas atšķiras no pasaules, ko mēs apzināti uztveram, un mums ir jābūt ļoti atvērtai prātā, ka tam nav kāpēc būt, kā mēs to patiešām uztveram.

Vienīgais, kas man ir skaidrs, ir kaut kas tāds, ka Antonio Damasio daudz tiek atkārtots viņa grāmatās: smadzenes ir lielisks karšu ģenerators . Varbūt smadzenes interpretē laiku un vietu tādā pašā veidā, lai kartētu mūsu atmiņas. Un ja šķiet, ka jums ir kimērisks, ka jūs domājat, ka Einsten savā relativitātes teorijā ir viena no teorijām, ko viņš izteica, ka laiku nevarēja saprast bez vietas, un otrādi. Neapšaubāmi, ka šie noslēpumi ir izšķirami, tas ir izaicinājums, vēl jo vairāk tāpēc, ka ir grūti izpētīt dzīvniekus.

Tomēr nevajadzētu pievērst uzmanību šiem jautājumiem. Pirmā ziņkārība. Ja mēs pētām Visuma vai nesen reģistrēto gravitācijas viļņu paplašināšanos, kāpēc mēs ne pētītu, kā mūsu smadzenes interpretē laiku un telpu? Un, otrkārt, daudzām no neirodeģeneratīvajām patoloģijām, piemēram, Alcheimera slimībai, kā pirmajiem simptomiem ir dezorientācija telpā un laikā.Zinot šīs kodēšanas neirofizioloģiskos mehānismus, mēs varētu atklāt jaunus aspektus, kas palīdzēs labāk izprast šo slimību patoloģisko gaitu un, kas zina, atklāj jaunus farmakoloģiskus vai nefarmakoloģiskus mērķus.

Bibliogrāfiskās atsauces:

• Eichenbaum H. 2014. Laika šūnas hipokampā: jauna dimensija atmiņu kartēšanai. Daba 15: 732-742
• Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Trajektorijas kodēšana hippocampus un entorhinal cortex. Neurons 27: 169-178.
• Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. Telpiskā pārstāvība entorhinālajā garozā. Zinātne 305: 1258-1264
• Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Jauno hipokampa vietas kameru datu ilgtermiņa stabilitātes atcelšana ar NMDA receptoru blokādi. Zinātne 280: 2121-2126.
• Monako JD, Abbott LF. 2011. Moduļu režģu pārveidošana par hipokampa remappingu pamatu. J Neurosci 31: 9414-9425.
• O'Keefe J, Speakman A. 1987. Viena vienība aktivitāte peles hipokampā telpiskās atmiņas uzdevuma laikā. Exp Sāpes Res 68: 1-27.
• Scoville WB, Milner B (1957). Nesenās atmiņas zudums pēc divpusējas hipokampa. J Neurol Neurosurgera psihiatrija 20: 11-21.

Rachel Sussman: The world's oldest living things (Aprīlis 2024).