'Tempat sel', sesuatu seperti GPS otak kita

Orientasi dan eksplorasi di ruang baru atau tidak diketahui adalah salah satu fakultatif kognitif yang paling sering kita gunakan. Kami menggunakannya untuk membimbing kami di rumah kami, kejiranan kami, untuk pergi bekerja.

Kami juga bergantung pada ketika kami pergi ke sebuah kota yang baru dan tidak diketahui untuk kami. Kami menggunakannya walaupun kita memandu dan mungkin pembaca pada satu ketika akan telah menjadi mangsa pengawasan dalam orientasi mereka atau rakan sekerja / a, yang akan ditakdirkan untuk hilang dan terpaksa berputar kereta untuk memberi dengan laluan yang betul.

Ia bukan kesalahan orientasi, itu adalah kesalahan hippocampus

Semua ini adalah situasi yang sering menggagalkan kita dan yang membawa kita untuk mengutuk orientasi kita atau orang lain dengan penghinaan, jeritan dan pelbagai tingkah laku. Baik, Hari ini, saya akan memberikan berus gigi dalam mekanisme neurofisiologi orientasi, dalam kami GPS otak untuk memahami kita.

Kita akan mula menjadi spesifik: kita tidak boleh mengutuk orientasi kerana ini hanya merupakan hasil aktiviti saraf kita di kawasan tertentu. Oleh itu, kita akan bermula dengan mengutuk hippocampus kita.

The hippocampus sebagai struktur otak

Secara evolutif, hippocampus adalah struktur purba, ia adalah sebahagian daripada arquiculture, iaitu struktur-struktur yang lebih tua secara filogenetik dalam spesies kita. Secara anatomi, ia adalah sebahagian daripada sistem limbik, di mana struktur lain seperti amygdala juga dijumpai. Sistem Limbic dianggap sebagai substrat morfologi ingatan, emosi, pembelajaran dan motivasi.

Pembaca mungkin Jika anda sudah biasa dengan psikologi tahu bahawa hippocampus adalah struktur yang diperlukan untuk penyatuan kenangan perisytiharan, iaitu orang-orang kenangan dengan kandungan episod tentang pengalaman kami atau, semantik (O'Keefe dan Nadel, 1972).

Bukti ini adalah banyak kajian yang wujud di mana-mana yang popular "pesakit HM," seorang pesakit yang menggeserkan dia kedua-dua hemisfera masa, menghasilkan amnesia anterograde dahsyat, iaitu, dia tidak dapat menghafal fakta-fakta baru tetapi mengekalkan kebanyakan ingatan anda dari sebelum operasi. Bagi mereka yang ingin mendalami kes ini mengesyorkan kajian Scoville dan Millner (1957) untuk dikaji dengan teliti HM pesakit.

Sel Tempat: apa khabarnya??

Setakat ini kita tidak mengatakan apa-apa yang baru, atau apa yang mengejutkan. Tetapi pada tahun 1971 apabila secara kebetulan suatu fakta yang menjana permulaan kajian sistem navigasi di dalam otak telah ditemui. O'keefe dan John Dostrovski, menggunakan elektrod intrakranial, boleh merakam aktiviti neuron hippocampal khusus dalam tikus. Ini menawarkan kemungkinan bahawa semasa melakukan ujian tingkah laku yang berbeza, haiwan itu terjaga, sedar dan bergerak dengan bebas.

Apa yang mereka tidak jangkakan untuk ditemui ialah terdapat neuron yang bertindak selektif bergantung kepada kawasan di mana tikus itu berada. Tidak wujud neuron khusus untuk setiap kedudukan (terdapat neuron untuk bilik mandi, sebagai contoh), tetapi telah diperhatikan dalam CA1 (rantau tertentu hippocampus) sel-sel ditanda titik rujukan yang boleh menyesuaikan diri dengan ruang yang berbeza.

Sel-sel ini dipanggil tempat sel. Oleh itu, bukanlah terdapat neuron tempat untuk setiap ruang tertentu yang anda kerap, tetapi sebaliknya adalah titik rujukan yang menghubungkan anda dengan lingkungan anda; Ini adalah bagaimana sistem navigasi egosentrik terbentuk. Letakkan neuron juga akan membentuk sistem navigasi allocentric yang akan menghubungkan unsur-unsur ruang di antara mereka.

Pengaturcaraan berasaskan vs pengalaman

Penemuan ini membingungkan ramai ahli ilmu saraf yang menganggap hippocampus sebagai struktur pembelajaran deklaratif dan kini melihat bagaimana ia mampu mengodkan maklumat spasial. Ini menimbulkan hipotesis "peta kognitif" yang akan memberi gambaran bahawa perwakilan persekitaran kita akan dijana dalam hippocampus.

Sama seperti otak adalah penjana peta yang sangat baik untuk modaliti sensori lain seperti pengekodan isyarat visual, pendengaran dan somatosensori; Ia tidak masuk akal untuk memikirkan hippocampus sebagai struktur yang menjana peta persekitaran kita dan yang menjamin orientasi kita di dalamnya.

Penyelidikan telah berlanjutan dan telah meletakkan paradigma ini dalam ujian dalam keadaan yang sangat berbeza. Kita lihat, sebagai contoh, sel-sel tempat dalam tugas-tugas maze yang dicetuskan apabila haiwan itu melakukan kesilapan atau apabila dalam kedudukan di mana neuron yang biasanya digunakan untuk menangkap (O'Keefe dan Speakman, 1987). Dalam tugas-tugas di mana haiwan itu mesti bergerak melalui ruang-ruang yang berlainan ia telah melihat bahawa tempat-tempat neuron menembak bergantung kepada di mana haiwan berasal dan di mana ia pergi (Frank et al., 2000).

Bagaimana peta ruang dibentuk

Satu lagi fokus utama minat penyelidikan dalam bidang ini ialah bagaimana peta spatial ini terbentuk. Di satu pihak kita dapat berfikir bahawa sel-sel tempat menubuhkan fungsi mereka berdasarkan pengalaman yang kita terima apabila kita meneroka alam sekitar, atau, kita mungkin menganggap bahawa ia adalah komponen asas dari litar otak kita, iaitu, semula jadi. Persoalannya belum jelas dan kita dapat mencari bukti empirikal yang menyokong kedua hipotesis tersebut.

Dalam satu tangan, eksperimen Monaco dan Abbott (2014), yang mencatatkan aktiviti sebilangan besar sel di tempat, telah melihat bahawa apabila haiwan diletakkan dalam persekitaran baru beberapa minit berlalu sehingga sel-sel ini mula menembak dengan Keadaan normal Jadi, kemudian, peta tempat akan dinyatakan, dalam beberapa cara, dari saat haiwan masuk ke persekitaran baru, tetapi pengalaman akan mengubah peta ini pada masa akan datang.

Oleh itu, kita mungkin berfikir bahawa kepekaan otak memainkan peranan dalam pembentukan peta spatial. Kemudian, jika keplastikan yang benar-benar mengharapkan untuk memainkan peranan bahawa tikus NMDA reseptor neurotransmitter kalah mati glutamat-yang mengatakan, tikus yang tidak menyatakan ini receptor- tidak menjana peta spatial kerana reseptor ini memainkan peranan yang penting dalam keplastikan otak dan pembelajaran.

Kepekaan memainkan peranan penting dalam penyelenggaraan peta spatial

Walau bagaimanapun ia tidak, dan ia telah mendapati bahawa kalah mati tikus NMDA reseptor atau tikus yang dirawat farmakologi untuk menyekat reseptor ini, dinyatakan sama pola tindak balas sel-sel tempat dalam persekitaran yang baru atau rumah. Ini menunjukkan bahawa ungkapan peta spatial bebas daripada kepekaan otak (Kentrol et al., 1998). Hasil ini akan menyokong hipotesis bahawa sistem navigasi adalah bebas daripada pembelajaran.

Walaupun segala-galanya, menggunakan logik, mekanisme keplastikan serebrum mestilah jelas diperlukan untuk kestabilan dalam memori peta yang baru dibentuk. Dan, jika tidak demikian, apakah yang akan menggunakan pengalaman yang dibentuk oleh jalan-jalan di kotanya? Tidakkah kita selalu merasa bahawa ia adalah kali pertama kita memasuki rumah kita? Saya percaya bahawa, seperti pada banyak kesempatan lain, hipotesis lebih pelengkap daripada yang mereka nampak dan, dalam beberapa cara, walaupun berfungsi semula fungsi-fungsi ini, keplastikan mempunyai peranan untuk mengekalkan peta spatial ini dalam ingatan.

Rangkaian, alamat dan sel kelebihan

Ia agak abstrak untuk bercakap tentang sel-sel tempat dan mungkin lebih daripada satu pembaca telah terkejut bahawa kawasan otak yang sama yang menghasilkan kenangan melayani kami, jadi untuk bercakap, GPS. Tetapi kita belum selesai dan yang terbaik belum datang. Sekarang mari curl curl benar-benar. Pada mulanya, difikirkan bahawa navigasi ruang akan bergantung semata-mata pada hippocampus apabila dilihat bahawa struktur bersebelahan seperti korteks entorhinal menunjukkan pengaktifan yang sangat lemah sebagai fungsi ruang (Frank et al., 2000).

Walau bagaimanapun, dalam kajian ini aktiviti itu direkodkan di kawasan korteks entorhinal berkenaan dgn perut dan dalam kajian seterusnya punggung kawasan yang mempunyai lebih sambungan ke hippocampus direkodkan (Fyhn et al., 2004). Jadi, kemudian diperhatikan bahawa banyak sel rantau ini dipecat bergantung pada kedudukannya, sama dengan hippocampus. Berikut adalah keputusan yang dijangkakan untuk mencari tetapi apabila mereka memutuskan untuk meningkatkan kawasan yang akan mendaftar dalam korteks entorhinal mempunyai kejutan: kalangan kumpulan neuron yang diaktifkan bergantung kepada ruang yang dihuni oleh haiwan ini nampaknya senyap -yakni kawasan tidak diaktifkan-. Apabila kawasan yang menunjukkan pengaktifan hampir digabungkan, corak diperhatikan dalam bentuk segi enam atau segitiga. Mereka memanggil neuron ini daripada korteks entorhinal "sel-sel merah".

Apabila sel-sel merah ditemui, adalah mustahil untuk menyelesaikan persoalan bagaimana sel-sel terbentuk. Setelah sel-sel menempatkan banyak sambungan sel-sel rangkaian, ia tidak munasabah untuk berfikir bahawa ia terbentuk daripada mereka. Walau bagaimanapun, sekali lagi, perkara tidak begitu mudah dan bukti eksperimen tidak mengesahkan hipotesis ini. Corak geometri yang membentuk sel-sel rangkaian belum dapat ditafsirkan lagi.

Sistem navigasi tidak dikurangkan ke hippocampus

Kerumitan tidak berakhir di sini. Lebih kurang apabila dilihat bahawa sistem navigasi tidak dikurangkan ke hippocampus. Ini telah memungkinkan untuk memperluaskan had penyelidikan ke kawasan otak yang lain, dengan itu menemui jenis sel yang berkaitan dengan sel lain: Sel pemacu dan sel kelebihan.

Sel pemandu akan mengarahkan arahan di mana subjek bergerak dan akan terletak di nukleus tegmental batang batang. Sebaliknya, sel kelebihan adalah sel-sel yang meningkatkan kadar penembakannya kerana subjek mendekati batas ruang tertentu dan boleh didapati di kawasan spesifik subakulum hippocampus. Kami akan menawarkan satu contoh ringkas di mana kita akan cuba meringkaskan fungsi setiap jenis sel:

Bayangkan anda berada di ruang makan rumah anda dan anda mahu pergi ke dapur. Kerana anda berada di ruang makan rumah anda, anda akan mempunyai sel ruang yang akan menyala semasa anda berada di ruang makan, tetapi kerana anda mahu pergi ke dapur anda juga akan mempunyai satu lagi sel diaktifkan yang mewakili dapur. Pengaktifan akan menjadi jelas kerana rumah anda adalah ruang yang anda tahu dengan sempurna dan pengaktifan kami akan dapat mengesannya dalam kedua-dua sel tempat dan dalam rangkaian sel.

Sekarang, mulakan berjalan ke dapur. Akan ada sekelompok sel alamat khusus yang sekarang akan ditembak dan tidak akan berubah selagi anda mengekalkan hala tuju tertentu. Sekarang, bayangkan bahawa untuk pergi ke dapur, anda mesti berpaling ke kanan dan menyeberangi koridor sempit. Sebaik sahaja anda menghidupkan, sel alamat anda akan mengetahui dan satu lagi sel alamat akan mendaftarkan alamat yang kini telah diaktifkan, dan yang sebelumnya akan dinyahaktifkan.

Bayangkan juga bahawa koridor itu sempit dan pergerakan palsu boleh menyebabkan anda memukul dinding, jadi sel kelebihan anda akan meningkatkan kadar penembakan anda. Semakin dekat anda sampai ke dinding koridor, semakin tinggi nisbah penembakan akan menunjukkan sel kelebihan anda. Fikirkan sel-sel tepi sebagai sensor yang ada beberapa kereta baru dan yang membuat isyarat auditori apabila anda bergerak ke taman. Sel kelebihan mereka bekerja dengan cara yang sama dengan sensor ini, semakin dekat mereka bertembung dengan bunyi yang mereka buat. Apabila anda tiba di dapur, sel-sel tempat anda akan menunjukkan kepada anda bahawa ia telah tiba dengan memuaskan dan kerana ia adalah persekitaran yang lebih luas, sel-sel kelebihan anda akan berehat.

Mari kita selesaikan segala-galanya

Ia ingin tahu bahawa otak kita mempunyai cara untuk mengetahui kedudukan kita. Tetapi masih terdapat satu soalan: Bagaimana cara kita mendamaikan memori perisytiharan dengan navigasi ruang dalam hippocampus?, Iaitu, kenapa kenangan kita mempengaruhi peta ini? Atau bolehkah kenangan kita dibentuk dari peta ini? Untuk cuba menjawab soalan ini, kita perlu berfikir sedikit lagi. Kajian-kajian lain telah menunjukkan bahawa sel-sel yang sama dengan ruang kod, yang kita sudah bicara, juga kod waktu. Oleh itu, terdapat ceramah tentang sel masa (Eichenbaum, 2014) yang akan memodifikasi persepsi masa.

Perkara yang mengejutkan mengenai kes itu ialah lebih banyak lagi bukti yang menyokong idea bahawa sel tempat adalah sama dengan sel masa. Kemudian, neuron yang sama menggunakan impuls elektrik yang sama mampu mengod ruang dan masa. Hubungan antara pengekodan masa dan ruang dalam potensi tindakan yang sama dan kepentingan mereka dalam ingatan tetap misteri.

Sebagai kesimpulan: pendapat peribadi saya

Pendapat saya tentangnya? Mengambil jubah saintis saya, saya boleh mengatakannya manusia biasa berfikir tentang pilihan mudah dan kami ingin berfikir bahawa otak berbicara bahasa yang sama seperti kami. Masalahnya ialah bahawa otak menawarkan kita versi realiti ringkas yang dia sendiri proses. Dalam cara yang sama dengan bayang-bayang gua Plato. Oleh itu, sama seperti halangan fizik kuantum yang kita faham sebagai realiti telah dipecahkan, dalam neurosains kita mendapati bahawa di dalam perkara-perkara otak adalah berbeza dari dunia yang kita sedar dan kita mesti mempunyai minda yang sangat terbuka bahawa perkara-perkara tidak mempunyai kenapa seperti kita benar-benar merasakan mereka.

Satu-satunya perkara yang saya jelas ialah sesuatu yang digunakan oleh Antonio Damasio untuk mengulangi banyak buku-bukunya: otak adalah penjana peta yang hebat. Mungkin otak menafsirkan masa dan ruang dengan cara yang sama untuk memetakan kenangan kita. Dan jika kelihatannya chimerical, fikir Einsten dalam teorinya relativiti salah satu teorinya yang diulas adalah masa itu tidak dapat dipahami tanpa ruang, dan sebaliknya. Tidak dapat dinafikan bahawa misteri-misteri ini adalah satu cabaran, lebih-lebih lagi apabila mereka adalah aspek-aspek yang sukar untuk diteliti dalam haiwan.

Walau bagaimanapun, tidak ada usaha yang harus diselamatkan daripada isu-isu ini. Pertama rasa ingin tahu. Jika kita mengkaji perkembangan alam semesta atau gelombang graviti yang baru-baru ini direkodkan, kenapa kita tidak akan mempelajari bagaimana otak kita menafsirkan masa dan ruang? Dan, kedua, banyak penyakit neurodegenerative seperti penyakit Alzheimer mempunyai disorientasi ruang-waktu sebagai gejala pertama. Mengetahui mekanisme neurofisiologi pengekodan ini, kita dapat menemui aspek-aspek baru yang akan membantu untuk memahami dengan lebih baik patologi penyakit-penyakit ini dan, yang tahu, sama ada untuk mencari sasaran baru farmakologi atau bukan farmakologi..

Rujukan bibliografi:

• Eichenbaum H. 2014. Sel masa dalam hippocampus: dimensi baru untuk memetakan kenangan. Alam 15: 732-742
• Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Pengekodan trajektori dalam hippocampus dan korteks entorhinal. Neuron 27: 169-178.
• Fyhn M, Molden S, MP Witter, Moser EI, Moser M-B. 2004. Perwakilan spatial dalam korteks entorhinal. Sains 305: 1258-1264
• Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Penghapusan kestabilan jangka panjang peta sel tempat hippocampal baru oleh blokade reseptor NMDA. Sains 280: 2121-2126.
• Monaco JD, Abbott LF. Penyusunan semula modular aktiviti sel grid sebagai asas untuk remapping hippocampal. J Neurosci 31: 9414-9425.
• O'Keefe J, Speakman A. 1987. Aktiviti unit tunggal dalam hippocampus tetikus semasa tugas ingatan spatial. Exp Brain Res 68: 1 -27.
• Scoville WB, Milner B (1957). Kehilangan memori baru selepas hippocampallesion dua hala. J Neurol Neurosurg Psikiatri 20: 11-21.