"Місце клітин", щось на зразок нашого мозку GPS

Квітня 1, 2024

Орієнтація та розвідка в нових або невідомих просторах - це один із пізнавальних факультетів, який ми використовуємо найчастіше. Ми використовуємо це для того, щоб вести нас у нашому домі, нашому районі, щоб піти на роботу.

Ми також залежимо від нього, коли ми їдемо до нового і невідомого міста для нас. Ми використовуємо його навіть під час руху, і, можливо, читач буде жертвою недбалості в його орієнтації або в супутниці, який засудив його бути загубленим, змушеним обернутися з автомобілем, поки він з відповідним маршрутом.

Це не провина орієнтації, це вина гіппокампу

Все це - ситуації, які часто нас перешкоджають, і що приводять нас до прокляття нашої орієнтації або інших людей, що мають образи, крики та різні форми поведінки. Ну тому що сьогодні я дам кисті в нейрофізіологічні механізми орієнтації , у нас Мозок GPS зрозуміти нас

Почнемо з того, що ми будемо конкретними: ми не повинні проклинати орієнтацію, оскільки це лише продукт нашої нервової діяльності в певних регіонах. Тому ми почнемо з прокляття нашого гіппокампу.

Гіпокамп як структура мозку

Еволюційно, гіпокамп є давньою структурою, вона є частиною архікультури, тобто тих структур, філогенетично старіших у нашому виді. Анатомічно це частина лімбічної системи, в якій також зустрічаються інші структури, такі як мигдалини. Лімбічна система розглядається як морфологічний субстрат пам'яті, емоцій, навчання та мотивації.

Читач, можливо, якщо він звикне до психології, знає, що гіпокамп є необхідною структурою для консолідації декларативних спогадів, тобто з тими спогадами з епізодичним змістом про наш досвід, а інший - семантичним (Надель і О'Кіфе, 1972) ,

Підтвердженням цього є численні дослідження, що існують про популярний випадок "хворого ХМ", пацієнта, чия тимчасові півсфери була вилучена, створюючи руйнівну антероградну амнезію, тобто він не міг запам'ятати нові факти, хоча він і зберігав більшу частину ваших спогадів від початку операції. Для тих, хто хоче поглибити в цьому випадку, я рекомендую вивчення Сковіль та Міллнера (1957), які вивчали хворий ХМ вичерпно.

Місцеві осередки: які вони?

Поки що ми не кажемо нічого нового, або щось несподіване. Але це було в 1971 році, коли випадково виявлено той факт, що породжувало початок вивчення навігаційних систем у мозку. Окіфе і Джон Достровський, використовуючи інтракраніальні електроди, міг записати активність нейронів, специфічних для гіпокампа, у щурів , Це передбачало можливість того, що при виконанні різних поведінкових тестів тварина була пробудженим, усвідомлена і вільно рухалася.

Те, що вони не очікували, виявили, що існують нейрони, які відбирали вибірково залежно від області, в якій була щуря. Це не так, що для кожної позиції існують специфічні нейрони (наприклад, для вашої ванної кімнати немає нейрона), але вони спостерігалися в клітинах CA1 (певний регіон гіпокампу), які позначали контрольні точки, які можна було адаптувати до різних просторів ,

Ці клітини були викликані місце клітин, Тому не те, що існує нейрон місця для кожного конкретного простору, який ви часто відвідуєте, а скоріше, вони є точкою відліку, що стосуються вас у вашому середовищі; Саме так формуються егоцентричні навігаційні системи. Місця нейронів також утворюють однорідні навігаційні системи, які будуть пов'язані між елементами простору між ними.

Вроджене програмування або досвід

Це відкриття збентежило багатьох нейрофізіологів, які вважали гіпокамп декларативною структурою навчання, і тепер бачили, як вона змогла кодувати просторову інформацію. Це породжувало гіпотезу "пізнавальної карти", яка б постулювала, що представлення нашого середовища буде сформовано в гіпокампі.

Подібно до того, що мозок є прекрасним генератором карт для інших чуттєвих модальностей, таких як кодування візуальних, слухових та соматосенсорних сигналів; не безглуздо думати про гіпокамп як про структуру, яка генерує карти нашого середовища і гарантує нашу орієнтацію в них .

Дослідження пішло далі і поставило цю парадигму в тестування у дуже різних ситуаціях. Наприклад, було помічено, що клітини місця в завданнях лабіринту стріляють, коли тварина робить помилки або коли вона перебуває у стані, в якому зазвичай знімається нейрон (O'keefe and Speakman, 1987).У завданнях, в яких тварина повинна рухатись по різних просторах, було видно, що місце зйомки нейронів залежить від того, звідки походить тварина і де вона йде (Frank et al., 2000).

Як формуються просторові карти

Ще одним з основних напрямків дослідницького інтересу в цій галузі було те, як формуються ці просторові карти. З одного боку, ми можемо подумати, що клітини місця встановлюють свою функцію на основі досвіду, який ми отримуємо, коли ми вивчаємо середовище, або ми можемо думати, що це є основним компонентом наших схем мозку, тобто природжених. Питання ще не зрозуміло, і ми можемо знайти емпіричні докази, які підтримують обидві гіпотези.

З одного боку, експерименти з Monaco та Abbott (2014), які фіксують активність великої кількості клітин, вбачають, що коли тварина поміщається в нове середовище, проходить кілька хвилин, поки ці клітини починають стріляти з Нормальність Отже, місцеві карти будуть певним чином виражуватись з моменту вступу тварини в нове середовище , але досвід міг би змінити ці карти в майбутньому.

Тому ми можемо думати, що пластичність мозку відіграє певну роль у формуванні просторових карт. Тоді, якщо пластичність справді відіграє певну роль, ми сподіваємось, що нокаутні миші до рецептора NMDA глутамату нейромедіатора, тобто миші, які не експресують цей рецептор, не будуть генерувати просторові карти, оскільки цей рецептор відіграє фундаментальну роль у пластичності мозку і навчання

Пластичність відіграє важливу роль у підтримці просторових карт

Однак це не так, і було видно, що нокаутним мишам NMDA-рецептора або мишей, які лікувалися фармакологічно для блокування цього рецептора, експресують подібні закономірності реакції клітин у нових або знайомих середовищах. Це говорить про те, що вираження просторових карт не залежить від пластичності мозку (Kentrol et al., 1998). Ці результати підтвердять гіпотезу про те, що навігаційні системи не залежать від навчання.

Незважаючи на все, використовуючи логіку, механізми мозкової пластичності повинні бути явно необхідні для стабільності в пам'яті нещодавно сформованих карт. І, якщо це не так, яким буде використання досвіду, який формується, прогулюючись по вулицях свого міста? Чи не буде у нас завжди відчуття, що ми вперше ввійшли до нашого будинку? Я вважаю, що, як і в багатьох інших випадках, гіпотези є більш взаємодоповнюючими, ніж вони здаються, і певним чином, незважаючи на природне функціонування цих функцій, пластичність відіграє певну роль у збереженні цих просторових карт в пам'яті .

Мережа, адреса та краю осередків

Дуже абстрактно говорити про місце клітин і, можливо, більше, ніж один читач був здивований тим, що та сама область мозку, яка генерує спогади, служить нам, так би мовити, GPS. Але ми не закінчилися, і найкраще ще настати. Тепер давайте закрутимо завиток дійсно. Спочатку вважалося, що космічна навігація буде залежати винятково від гіпокампу, коли було видно, що сусідні структури, такі як ерторинальна кора, показали дуже слабку активацію як функцію простору (Frank et al., 2000).

Проте в цих дослідженнях було зареєстровано активність у вентральних ділянках енторинової кори, а в подальших дослідженнях були зареєстровані дорсальні ділянки, що мають більшу кількість зв'язків з гіпокампом (Fyhn et al., 2004). Отже, тоді було помічено, що багато клітин цього регіону звільнено в залежності від положення, подібного до гіпокампу , Поки вони очікують, що вони знайдуть результати, але коли вони вирішили збільшити площу, яку вони зареєстрували в нутрохінальній корі, вони мали сюрприз: між групами нейронів, які були активізовані в залежності від простору, зайнятого твариною, мабуть, були мовчазні зони, тобто вони не були активовано-. Коли регіони, які демонстрували активацію, були фактично об'єднані, шаблони спостерігались у вигляді шестикутників або трикутників. Вони називають ці нейрони корі головного мозку "червоними клітинами".

Коли були відкриті червоні клітини, можна було вирішити питання про формування клітин. Отримавши клітинки, розміщуючи численні з'єднання мережевих комірок, не безглуздо думати, що вони утворюються від них. Проте, ще раз, справа не настільки проста, і експериментальні докази не підтвердили цю гіпотезу. Геометричні візерунки, які утворюють мережеві клітини, ще не були інтерпретовані.

Навігаційні системи не зводиться до гіпокампу

Складність не закінчується тут. Навіть менше, коли було видно, що навігаційні системи не зводиться до гіпокампу. Це дозволило розширити межі дослідження до інших областей мозку, таким чином, виявивши інші типи клітин, пов'язані з клітинами місця: Керуючі осередки та кромки краю .

Рульові клітини кодують напрямок, в якому предмет рухається, і буде розташовуватися в дорсальному ядрі мозкового мозку. З іншого боку, клітини краю - це клітини, які збільшують швидкість обстрілу, коли суб'єкт підходить до меж певного простору і може бути знайдений у ділянці гіпокампу, що залежить від суцикулі. Ми збираємося запропонувати спрощений приклад, в якому ми спробуємо узагальнити функцію кожного типу клітинки:

Уявіть собі, що ви перебуваєте в їдальні вашого будинку і хочете піти на кухню. Оскільки ви перебуваєте в їдальні вашого будинку, у вас буде кімната з камерою, яка пожеже, коли ви залишитесь в їдальні, але оскільки ви хочете піти на кухню, ви також матимете ще одну активовану кімнату, яка представляє кухню. Активація буде зрозумілою, оскільки ваш будинок є простором, який ви чудово знаєте, і активацію можна виявити як в клітинах місця, так і в мережі клітин.

Тепер почніть гуляти до кухні. Там буде група конкретних адресних комірок, які тепер будуть стріляти і не змінюватимуться, якщо ви будете підтримувати певний напрям. Тепер уявіть собі, що для того, щоб їхати на кухню, треба повернути направо і перетнути вузький коридор. У той момент, коли ви ввімкнете, адресні комірки будуть це знати, а інший набір клітинок адреси зареєструватиме напрямок, який він зараз активував, а попередні будуть дезактивовані.

Уявіть також, що коридор вузький, і будь-яке хибне рух може призвести до того, що ви потрапите в стіну, тому ваші клітини краю збільшать швидкість спрацьовування. Чим ближче ви потрапляєте до стіни коридору, тим вищий коефіцієнт стрільби покаже ваші краю стільникових мереж. Подумайте про краю осередків, як сенсорів, які мають деякі нові автомобілі, і це робить звуковий сигнал, коли ви маневруєте на парку. Кромки кромки Вони працюють подібно до цих датчиків, тим ближче вони стикаються з більшим шумом, який вони роблять , Коли ви приходите на кухню, клітини вашого місця будуть казати вам, що він надійно прибув і, як це більш широке середовище, ваші клітини краю відпочивають.

Давайте просто ускладнимо все

Цікаво думати, що у нашого мозку є способи знати нашу позицію. Але залишається питання: як ми можемо примирити декларативну пам'ять з космічною навігацією в гіпокампі?, Тобто як наші пам'ятки впливають на ці карти? Чи це може бути, що наші карти пам'яті були сформовані з цих карт? Щоб спробувати відповісти на це питання, ми повинні подумати ще трохи. Інші дослідження вказали, що ті самі комірки, які кодують простір, про які ми вже говорили, також кодують час , Таким чином, мова йшла про це часові клітини (Eichenbaum, 2014), який буде кодувати сприйняття часу.

Дивовижна річ у цій справі - це все більше і більше доказів, що підтверджують ідею про те, що місце клітини є такими ж, як у клітинах часу , Потім той самий нейрон, що використовує ті самі електричні імпульси, здатний кодувати простір і час. Відносини між кодуванням часу і простору в одних і тих самих потенціалах дії та їх важливості в пам'яті залишаються загадкою.

На закінчення: моя особиста думка

Моя думка про це? Зібравши хазяїн мого вченого, я можу це сказати людина звикла думати про легкий варіант, і ми хотіли б думати, що мозок говорить тим же мовою, що і ми , Проблема в тому, що мозок пропонує нам спрощену версію реальності, яку він сам обробляє. Подібно до тіней печери Платона. Так, як і в квантовій фізиці, порушуються бар'єри того, що ми розуміємо як реальність, в нейронауки ми виявили, що в мозку речі відрізняються від світу, який ми свідомо сприймаємо, і ми повинні мати дуже відкритий розум, що у них немає чому б ми не сприймали їх.

Єдине, що я зрозумів, - те, що Антоніо Дамасіо дуже часто повторював у своїх книгах: мозок - великий генератор карт , Може, мозок інтерпретує час і простір таким самим чином, щоб відобразити наші спогади. І якщо вам здається химерним, то ви думаєте, що Ейнштен у своїй теорії відносності одна з теорій, які він постулював, полягає в тому, що час не можна було зрозуміти без простору, і навпаки. Безумовно, розгадка цих таємниць є складним завданням, тим більше, коли вони є складними аспектами для вивчення у тварин.

Проте, не слід шкодувати цим питанням. Перша цікавість. Якщо ми вивчаємо розширення всесвіту або нещодавно записані гравітаційні хвилі, чому б ми не вивчали, як наш мозок тлумачить час і простір? І, по-друге, багато з нейродегенеративних патологій, таких як хвороба Альцгеймера, мають дезорієнтовані простір-час, як перші симптоми.Знаючи нейрофізіологічні механізми цього кодування, ми могли б виявити нові аспекти, які допоможуть краще зрозуміти патологічний хід цих захворювань і, хто знає, відкриває нові фармакологічні та не фармакологічні цілі.

Бібліографічні посилання:

Eichenbaum H. 2014. Часові клітини в гіпокампі: нове вимірювання для відображення пам'яті. Природа 15: 732-742
Френк Л.М., Браун Е.Н., Вілсон М. 2000. Кодування траєкторій у гіпокампі та ентопінальній корі. Neuron 27: 169-178.
Fyhn M, Molden S, Witter MP, Мозер Е.І., Мозер М-Б. Просторова репрезентація в ентохінальній корі. Наука 305: 1258-1264
Кентрос С, Харгрівес Е, Хокінс Р.Д., Кандель Е.Р., Шапіро М, Мюллер Р.В. 1998 р. Скасування довготривалої стабільності нових карток клітин місця на гіпокампі блокадою рецепторів NMDA. Наука 280: 2121-2126.
Monaco JD, Abbott LF. Модульна перебудова активності сітки в якості основи для переміщення гіпокампу. J Neurosci 31: 9414-9425.
O'Keefe J, Speakman A. 1987. Дія одиничної одиниці в гіпокампі миші під час завдання просторової пам'яті. Exp Brain Res 68: 1-27.
Сквілль Б. Б., Мілнер Б (1957). Втрата недавньої пам'яті після двосторонньої гіппокампалізації. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.