Aseta solut, jotain aivojen GPS ää

Suuntaus ja etsintä uusissa tai tuntemattomissa tiloissa on yksi kognitiivisista tiedekunnista, joita käytämme useimmiten. Käytämme sitä ohjaamaan meitä talomme, naapurimaassamme, menemään töihin.

Olemme myös riippuvaisia ​​siitä, kun matkustamme meille uudelle ja tuntemattomalle kaupungille. Käytämme sitä myös silloin, kun ajamme, ja mahdollisesti lukija on joutunut huolimattomuuteen hänen suuntautumisensa tai seuralaisensa, joka on tuominnut hänet kadottamaan, joutuessaan menemään autoon, kunnes hän antaa oikealla reitillä.

Se ei ole suunnan vika, se on hippokampuksen vika

Kaikki nämä ovat tilanteita, jotka usein turhauttavat meitä ja johtavat meidät kiroamaan suuntaa tai toisten suuntaa loukkauksilla, huutoilla ja erilaisilla käyttäytymisillä. hyvin, Tänään annan harhakuvan neurofysiologisissa orientaatiomekanismeissa, meidän Brain GPS ymmärtää meitä.

Aloitamme olemaan spesifisiä: emme saa kiroaa suuntautumista, koska tämä on vain tuote hermotoiminnastamme tietyillä alueilla. Siksi aloitamme kiristämällä hippokampuksemme.

Hippokampus aivojen rakenteena

Hippokampus on luonteeltaan ikivanha rakenne, se on osa kasvillisuutta, eli niitä rakenteita, jotka ovat lajissamme fylogeneettisesti vanhempia. Anatomisesti se on osa limbistä järjestelmää, jossa löytyy myös muita rakenteita, kuten amygdala. Limbinen järjestelmä on muistin, tunteiden, oppimisen ja motivaation morfologinen substraatti.

Lukija, jos hän on tottunut psykologiaan, tietää, että hippokampus on välttämätön rakenne julistavien muistojen lujittamiseksi, toisin sanoen sellaisten muistojen kanssa, joissa on episodista sisältöä kokemuksistamme tai muuten semanttisesta (Nadel ja O'Keefe, 1972).

Todiste tästä ovat runsaat tutkimukset, jotka koskevat "potilaan HM: n" yleistä tapausta, potilaan, jonka ajalliset puolipallot oli poistettu ja joka tuottaa tuhoisan anterogradeen amnesian, eli hän ei voinut muistaa uusia faktoja, vaikka hän säilytti suurimman osan muistoja ennen operaatiota. Niille, jotka haluavat mennä syvemmälle tässä tapauksessa, suosittelen Scoville- ja Millner-tutkimuksia (1957), jotka tutkivat HM-potilasta tyhjentävästi.

Paikkakennot: mitä ne ovat??

Toistaiseksi emme sano mitään uutta tai mitään yllättävää. Mutta se oli vuonna 1971, jolloin satunnaisesti havaittiin se, että aivojen tutkimusjärjestelmien alku alkoi. O'keefe ja John Dostrovski, jotka käyttävät intrakraniaalisia elektrodeja, voisi tallentaa hippokampuspesifisten neuronien aktiivisuuden rotissa. Tämä tarjosi mahdollisuuden, että kun eläin oli eri käyttäytymistesteissä, hän oli hereillä, tajuissaan ja liikkunut vapaasti.

Mitä he eivät odottaneet löytävänsä, oli se, että oli neuroneja, jotka reagoivat selektiivisesti sen alueen mukaan, jossa rotta sijaitsee. Ei ole, että kussakin asennossa olisi ollut erityisiä neuroneja (esim. Kylpyhuoneessa ei ole neuronia), mutta että niitä havaittiin CA1: ssä (tietyssä hippokampus-alueen) soluissa, jotka merkitsivät vertailupisteitä, jotka voidaan sovittaa eri tiloihin.

Näitä soluja kutsuttiin sijoita solut. Siksi ei ole, että jokaiselle tiettyyn tilaan, johon käytät, on paikan hermosto, vaan pikemminkin ne ovat viitekohtia, jotka liittyvät sinuun ympäristöönne; Näin muodostetaan egocentriset navigointijärjestelmät. Paikka-neuronit muodostavat myös allokointisuuntaisia ​​navigointijärjestelmiä, jotka liittyvät niiden välisten avaruuden elementteihin.

Innate ohjelmointi vs. kokemus

Tämä havainto hämmentyi moniin neurotieteilijöihin, jotka pitivät hippokampusta julistavana oppimisrakenteena, ja näki nyt, miten se pystyi koodittamaan paikkatietoa. Tämä johti hypoteesiin "kognitiivisesta kartasta", joka olettaa, että hippokampuksessa syntyy ympäristöympäristömme..

Aivot on erinomainen generaattori kartoille muille aistien muunnoksille, kuten visuaalisten, kuulo- ja somatosensoristen signaalien koodaukselle; Ei ole kohtuutonta ajatella hippokampusta rakenteena, joka luo ympäristömme karttoja ja takaa meidän suuntautumisen niihin.

Tutkimus on mennyt pidemmälle ja on asettanut tämän paradigman testiin hyvin erilaisissa tilanteissa. Esimerkiksi on havaittu, että paikan solut sokkelo-tehtävissä ampuvat, kun eläin tekee virheitä tai kun se on sellaisessa asemassa, jossa neuroni yleensä ampuu (O'keefe ja Speakman, 1987). Tehtävissä, joissa eläimen täytyy liikkua eri tilojen läpi, on havaittu, että hermosolujen sijoittaminen riippuu siitä, mistä eläin tulee ja mistä se on menossa (Frank et al., 2000).

Miten avaruuskartat muodostetaan

Toinen keskeinen tutkimusalueen painopiste tällä alalla on ollut näiden tilakarttojen muodostuminen. Yhtäältä voisimme ajatella, että paikkasolut muodostavat toimintansa perustuen kokemukseen, jota saamme, kun tutkitaan ympäristöä, tai saatamme ajatella, että se on aivopiirien, eli luontaisen, taustalla oleva osa. Kysymys ei ole vielä selvä, ja voimme löytää empiirisiä todisteita, jotka tukevat molempia hypoteeseja.

Toisaalta Monacon ja Abbottin (2014) kokeilut, joissa kirjataan suuren joukon soluja, ovat nähneet, että kun eläin asetetaan uuteen ympäristöön, useita minuutteja kuluu, kunnes nämä solut alkavat ampua. normaali. Joten sitten, paikkakartat ilmaistaan ​​jossakin määrin siitä hetkestä, kun eläin saapuu uuteen ympäristöön, mutta kokemus muuttaisi näitä karttoja tulevaisuudessa.

Siksi voisimme ajatella, että aivojen plastisuus on rooli avaruuskarttojen muodostamisessa. Sitten, jos plastisuus oli todella tärkeä, odotamme hiirten poistumista neurotransmitterin glutamaatin NMDA-reseptorista - eli hiiristä, jotka eivät ekspressoi tätä reseptoria - eivät luo spatiaalisia karttoja, koska tällä reseptorilla on keskeinen rooli aivojen plastisuudessa ja oppiminen.

Plastiilisuudella on tärkeä rooli paikkakarttojen ylläpidossa

Näin ei kuitenkaan ole, ja on havaittu, että knockout-hiiret NMDA-reseptoriin tai hiiriin, joita on käsitelty farmakologisesti tämän reseptorin estämiseksi, ilmaisevat samanlaiset solujen vastauskuviot uusissa tai tutuissa ympäristöissä. Tämä viittaa siihen, että paikkakarttojen ilmentyminen on riippumaton aivojen plastisuudesta (Kentrol et ai., 1998). Nämä tulokset tukisivat hypoteesia siitä, että navigointijärjestelmät ovat oppimisesta riippumattomia.

Kaikesta huolimatta logiikan avulla aivojen plastisuuden mekanismien on oltava selvästi välttämättömiä hiljattain muodostettujen karttojen muistin vakaudelle. Ja jos näin ei olisi, mikä olisi sellaisen kokemuksen käyttö, jota yksi muodostaa kävelemällä kaupungin kaduilla? Eikö meillä olisi aina tunne, että se on ensimmäinen kerta, kun astumme taloon? Uskon, että, kuten niin monissa muissa tapauksissa, hypoteesit ovat toisiaan täydentävämpiä kuin ne näyttävät ja jotenkin huolimatta näiden toimintojen synnynnäisestä toiminnasta., plastisuudella on rooli näiden paikkatietokarttojen säilyttämisessä muistissa.

Verkko-, osoite- ja reunakennot

On melko abstrakti puhua paikka soluista ja mahdollisesti useampi kuin yksi lukija on ollut yllättynyt siitä, että sama aivojen alue, joka tuottaa muistoja, palvelee meitä niin sanottuna GPS. Mutta emme ole päättyneet, ja paras on vielä tulossa. Nyt käykää curl todella. Aluksi ajateltiin, että avaruusavustus riippuu yksinomaan hippokampuksesta, kun havaittiin, että vierekkäiset rakenteet, kuten entorinaalinen kuori, osoittivat hyvin heikkoa aktivaatiota tilan funktiona (Frank et ai., 2000).

Näissä tutkimuksissa kirjattiin kuitenkin aktiivisuus entorinaalisen kuoren vatsa-alueilla ja myöhemmissä tutkimuksissa kirjattiin selkäalueita, joilla oli suurempi määrä yhteyksiä hippokampukseen (Fyhn et ai., 2004). Joten sitten havaittiin, että monet tämän alueen solut laukaisivat asemasta riippuen, samankaltaisia ​​kuin hippokampus. Tähän asti on odotettavissa tuloksia, jotka odotettiin löytyvän, mutta kun he päättivät lisätä aluetta, jonka ne rekisteröivät entorinaaliseen kuoriin, heillä oli yllätys: niiden neuroniryhmien joukossa, jotka aktivoitiin eläimen käytössä olevan tilan mukaan, oli ilmeisesti hiljaisia ​​vyöhykkeitä - ts. activadas-. Kun alueet, jotka osoittivat aktivointia, olivat käytännössä liittyneet, kuvioita havaittiin kuusikulmioina tai kolmioina. He kutsuivat näitä hermosolun hermosoluja "punasoluja".

Kun punasolut havaittiin, oli mahdollista ratkaista kysymys siitä, miten solut muodostuvat. Kun solut on sijoitettu lukuisiin verkkokennojen yhteyksiin, ei ole kohtuutonta ajatella, että ne on muodostettu niistä. Jälleen kerran asiat eivät ole niin yksinkertaisia ​​ja kokeelliset todisteet eivät ole vahvistaneet tätä hypoteesia. Verkkokennoja muodostavia geometrisia kuvioita ei ole voitu tulkita vielä.

Navigointijärjestelmät eivät vähene hippokampukseksi

Monimutkaisuus ei pääty tähän. Vielä vähemmän, kun on havaittu, että navigointijärjestelmät eivät ole hippokampukselle. Tämä on mahdollistanut tutkimuksen rajojen laajentamisen muille aivojen alueille, jolloin löydetään muita soluihin liittyviä soluja: Ohjaussolut ja reunakennot.

Ohjaussolut merkitsisivät suunnan, jolla kohde liikkuu ja joka sijaitsee aivokuoren dorsaalisen tegmentaalisen ytimen sisällä. Toisaalta reuna-solut ovat soluja, jotka lisäävät niiden polttonopeutta, kun kohde lähestyy tietyn tilan rajoja ja se löytyy hippokampuksen subikuluspesifisestä alueesta. Tarjoamme yksinkertaistetun esimerkin, jossa yritämme tiivistää kunkin solutyypin toiminnan:

Kuvittele, että olet talon ruokasalissa ja haluat mennä keittiöön. Koska olet talon ruokasalissa, sinulla on huoneen solu, joka syttyy, kun pysyt ruokasalissa, mutta koska haluat mennä keittiöön, sinulla on myös toinen aktivoitu solu, joka edustaa keittiötä. Aktivointi on selvä, koska talo on tila, jonka tiedät täydellisesti ja aktivointi, jonka voimme havaita sekä paikan soluissa että soluverkossa.

Käy nyt kävelemässä keittiötä kohti. Siellä on joukko erityisiä osoitesoluja, jotka nyt ampuvat ja eivät muutu niin kauan kuin säilytät tietyn suunnan. Kuvittele nyt, että mennä keittiöön sinun täytyy kääntyä oikealle ja ylittää kapea käytävä. Kun otat yhteyttä, osoitesolut tietävät sen, ja toinen osoitesolujen joukko rekisteröi nyt aktivoidun osoitteen ja edelliset poistetaan käytöstä.

Kuvittele myös, että käytävä on kapea ja mikä tahansa väärä liike voi johtaa siihen, että osuitte seinään, joten reunakennot lisäävät laukaisunopeutta. Mitä lähemmäksi käytävät käytävän seinään, sitä korkeampi ampumissuhde näyttää reunasolut. Ajattele reunakennoja antureina, joita joillakin uusilla autoilla on ja jotka antavat äänimerkin, kun ohjaat pysäköidä. Reunasolut ne toimivat samalla tavalla kuin nämä anturit, sitä lähempänä he joutuvat törmään siihen, mitä enemmän melua he tekevät. Kun saavut keittiöön, paikkasolut osoittavat, että se on saapunut tyydyttävästi, ja koska se on laajempi ympäristö, reunassolut rentoutuvat.

Ainoastaan ​​monimutkaistamme

On utelias ajatella, että aivoillamme on tapoja tietää asemamme. Mutta on vielä kysymys: Miten sovitetaan julistava muisti hippokampuksen avaruusavustukseen, eli miten muistot vaikuttavat näihin karttoihin? Vai voisiko olla, että muistomme muodostuivat näistä kartoista? Yritämme vastata tähän kysymykseen hieman pidemmälle. Muut tutkimukset ovat osoittaneet, että samat solut, jotka koodittavat tilaa, joista olemme jo puhuneet, koodaa myös ajan. Näin on puhuttu ajan solut (Eichenbaum, 2014), joka kodifioi ajan käsityksen.

Tapauksessa on yllättävä asia yhä useampia todisteita, jotka tukevat ajatusta, että solujen sijoittaminen ovat samoja kuin aikasolut. Sitten sama neuroni, joka käyttää samoja sähköisiä impulsseja, kykenee koodaamaan tilaa ja aikaa. Ajan ja tilan koodauksen välinen suhde samoissa toimintapotentiaalissa ja niiden merkitys muistissa pysyvät mysteerinä.

Lopuksi: henkilökohtainen mielipiteeni

Minun mielipiteeni siitä? Ottaen sen pois tiedemieheni vaatteen, voin sanoa sen ihminen on tottunut ajattelemaan helppoa vaihtoehtoa ja haluamme ajatella, että aivot puhuvat samalla kielellä kuin me. Ongelmana on, että aivot tarjoavat meille yksinkertaistetun version todellisuudesta, jota hän itse käsittelee. Samalla tavalla kuin Platonin luolassa. Niinpä aivan kuten kvanttifysiikan esteissä, mitä ymmärrämme todellisuutena, neurotieteessä havaitsemme, että aivoissa asiat poikkeavat maailmasta, jota me tietoisesti havaitsemme, ja meillä on oltava hyvin avoin mieli, että asioilla ei ole miksi niin kuin me todella havaitsemme.

Ainoa asia, jonka minulla on selkeä, on, että Antonio Damasio on tottunut toistamaan paljon hänen kirjoissaan: aivot ovat suuri karttojen generaattori. Ehkä aivot tulkitsevat aikaa ja tilaa samalla tavalla kartoittamaan muistojamme. Ja jos tuntuu kimeeriseltä, ajattele, että Einsten hänen suhteellisuusteoriassaan yksi teorioista, jonka hän oletti, oli se, että aikaa ei voitu ymmärtää ilman avaruutta, ja päinvastoin. Epäilemättä näiden mysteerien purkaminen on haaste, vieläkin silloin, kun ne ovat vaikeita eläinkokeita.

Näihin kysymyksiin ei kuitenkaan pidä säästää. Ensinnäkin uteliaisuus. Jos tutkimme maailmankaikkeuden laajenemista tai äskettäin tallennettuja gravitaatiolainoja, miksi emme tutkimme, miten aivomme tulkitsevat aikaa ja tilaa? Toiseksi monet neurodegeneratiiviset sairaudet, kuten Alzheimerin tauti, ovat avaruuden ja ajan disorientaation ensimmäisinä oireina. Tietäen tämän koodauksen neurofysiologisista mekanismeista voisimme löytää uusia näkökohtia, jotka auttavat ymmärtämään paremmin näiden tautien patologista kulkua ja kuka tietää, löydetäänkö uusia farmakologisia tai ei-farmakologisia kohteita..

Kirjalliset viitteet:

• Eichenbaum H. 2014. Aikataulut hippokampuksessa: uusi ulottuvuus muistojen kartoittamiseksi. Nature 15: 732-742
• Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Hippokampuksen ja entorinaalisen kuoren koodaus. Neuron 27: 169-178.
• Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. Paikkatieto entorinaalisessa kuoressa. Science 305: 1258-1264
• Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Uusien hippokampuspaikkasolujen pitkän aikavälin vakauden poistaminen NMDA-reseptorin salpauksella. Science 280: 2121-2126.
• Monaco JD, Abbott LF. 2011. Ruudukon solutoiminnan modulaarinen uudelleenohjaus hippokampuksen uudelleenmuokkauksen perustaksi. J Neurosci 31: 9414-9425.
• O'Keefe J, Speakman A. 1987. Yhden yksikön aktiivisuus hiiren hippokampuksessa avaruusmuistitehtävän aikana. Exp Brain Res 68: 1 - 27.
• Scoville WB, Milner B (1957). Viimeaikaisen muistin häviäminen kahdenvälisen hippokampuksen jälkeen. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.