A „helycellák”, mint az agyunk GPS-je

Az új vagy ismeretlen terek tájolása és feltárása az egyik leggyakrabban használt kognitív képesség. Ezt arra használjuk, hogy vezessen minket a házunkban, a szomszédságunkban, hogy menjen dolgozni.

Attól is függünk, hogy egy új és ismeretlen városba utazunk számunkra. Ezt még akkor is használjuk, ha vezetünk, és esetleg az olvasó figyelmeztetés áldozatává válik a tájékozódásában vagy egy társban, aki el fogja ítélni, hogy eltévedjen, és kénytelen kényszeríteni az autóval, amíg nem ad a megfelelő útvonallal.

Ez nem az orientáció hibája, hanem a hippocampus hibája

Mindezek olyan helyzetek, amelyek gyakran megrontanak minket és vezetnek bennünket ahhoz, hogy megtévesszük orientációnkat, vagy mások sérelmét, kiabálását és különböző viselkedéseit. jól, Ma egy ecsetvonást adok az orientáció neurofiziológiai mechanizmusaiban, a miénk Agy GPS hogy megértsünk minket.

Konkrétan kezdenénk kezdeni: nem szabad átkoznunk a tájékozódást, mivel ez csak egy idegi aktivitás eredménye bizonyos régiókban. Ezért elkezdjük a hippocampusunk átkozását.

A hippocampus agyi szerkezete

A hippocampus evolutív módon ősi struktúra, része a vidékművészetnek, vagyis azoknak a struktúráknak, amelyek fajunkban filogenetikailag idősebbek. Anatómiailag a limbikus rendszer része, amelyben más struktúrák is megtalálhatók, mint például az amygdala. A limbikus rendszer a memória, az érzelmek, a tanulás és a motiváció morfológiai szubsztrátuma.

Az olvasó esetleg, ha megszokta a pszichológiát, tudja, hogy a hippocampus a deklaratív emlékek konszolidálásához szükséges struktúra, azaz azokkal az emlékekkel, amelyek epizodikus tartalommal rendelkeznek tapasztalatainkról, vagy pedig szemantikáról (Nadel és O'Keefe, 1972).

Ennek bizonyítéka a „beteg HM” népszerű esetére vonatkozó bőséges tanulmányok, olyan beteg, akinek időbeli féltekéjét eltávolították, ami pusztító anterográd amnéziát eredményezett, vagyis nem tudta megemlíteni az új tényeket, bár megtartotta a legtöbb emlékeit a művelet előtt. Azok számára, akik ebben az esetben mélyebbre akarnak menni, javaslom a Scoville és Millner tanulmányokat (1957), amelyek kimerítően vizsgálták a HM betegeket.

A helycellák: mik azok??

Eddig nem mondunk semmit újból, vagy semmi meglepőnek. De 1971-ben történt, amikor véletlenül felfedezték az agyban a navigációs rendszerek tanulmányozásának kezdetét. O'keefe és John Dostrovski, intrakraniális elektródák alkalmazásával, a hippokampusz-specifikus neuronok aktivitását patkányokban rögzítheti. Ez lehetőséget teremtett arra, hogy a különböző viselkedési tesztek során az állat éber, tudatos és szabadon mozog.

Amit nem számítottak arra, hogy felfedezték, az volt a neuronok, amelyek szelektíven válaszoltak attól függően, hogy a patkány melyik területen található. Nem az, hogy az egyes pozíciókban specifikus neuronok voltak (például nincs neuron a fürdőszobában), hanem azt, hogy a CA1-ben (a hippocampus egy adott régiójában) megfigyelték azokat a referenciapontokat, amelyek a különböző terekhez igazíthatók..

Ezeket a sejteket hívtuk helyezzen sejteket. Ezért nem az a hely, hogy minden olyan hely számára van-e neuron, amelyik gyakori, hanem inkább olyan referenciapontok, amelyek a környezetedhez kapcsolódnak; Így alakulnak ki az egocentrikus navigációs rendszerek. Az idegsejtek szintén elosztó orientációs navigációs rendszereket hoznak létre, amelyek összekapcsolják a köztük lévő térelemeket.

Innate programozás vs. tapasztalat

Ez a felfedezés sok idegtudósot zavarba ejtett, akik a hippocampust deklaratív tanulási struktúrának tekintették, és most látta, hogyan tudta kódolni a térinformációt. Ez felvetette a „kognitív térkép” hipotézisét, amely azt állítja, hogy környezetünk reprezentációja a hippokampuszban keletkezik.

Ahogy az agy is kitűnő generátor térképek más érzékszervi módszerekhez, mint például a vizuális, hallás- és szomatoszenzoros jelek kódolása; Nem ésszerűtlen gondolkodni a hippocampusról mint olyan struktúráról, amely környezetünk térképeit generálja, és amely garantálja a tájékozódást azokban..

A kutatás tovább haladt, és ezt a paradigmát nagyon különböző helyzetekben helyezte el. Megfigyelték például, hogy a labirintus feladataiban lévő helyek sejtjei lőnek, amikor az állat hibázik, vagy olyan helyzetben van, ahol a neuron általában lő (O'keefe és Speakman, 1987). Olyan feladatokban, amelyekben az állatnak különböző helyeken kell mozognia, azt tapasztalták, hogy az idegsejtek elhelyezése attól függően történik, hogy az állat hol és honnan megy (Frank és mtsai., 2000).

Hogyan alakulnak a tér térképek

A kutatási érdeklődés másik fókuszpontja ezen a területen az volt, hogy hogyan alakulnak ezek a térbeli térképek. Egyrészt azt gondolhatnánk, hogy a helycellák a környezetünk megismerésén alapuló tapasztalatok alapján alakítják ki funkciójukat, vagy úgy gondoljuk, hogy ez az agyi áramkörök, azaz a veleszületett alkotóeleme. A kérdés még nem egyértelmű, és empirikus bizonyítékokat találunk, amelyek mindkét hipotézist támogatják.

Egyrészt a Monaco és az Abbott (2014) kísérletei, amelyek nagyszámú sejt jelenlétét rögzítették, azt tapasztalták, hogy amikor egy állatot új környezetbe helyeznek, néhány perc múlva elhalad, amíg ezek a sejtek elkezdenek lőni. normális. Szóval, akkor, helyrajzokat valamilyen módon kifejeznének attól a pillanattól kezdve, hogy az állat új környezetbe lép, a tapasztalatok azonban a jövőben módosítanák ezeket a térképeket.

Ezért azt gondolhatjuk, hogy az agyi plaszticitás szerepet játszik a térbeli térképek kialakításában. Akkor, ha a plaszticitás valóban szerepet játszott, akkor azt várnánk, hogy az egerek knockoutja a glutamát neurotranszmitter NMDA receptorára - vagyis olyan egerekre, amelyek nem expresszálják ezt a receptort - nem generálnak térbeli térképeket, mert ez a receptor alapvető szerepet játszik az agyi plaszticitásban és tanulás.

A plaszticitás fontos szerepet játszik a térbeli térképek fenntartásában

Ez azonban nem így van, és azt tapasztaltuk, hogy az NMDA receptorhoz vagy egerekhez, akiket farmakológiailag kezeltek a receptor blokkolására, a knockout egerek hasonló sejtmintákat mutatnak ki a sejtek új vagy ismerős környezetben. Ez arra utal, hogy a térbeli térképek expressziója független az agy plaszticitásától (Kentrol et al., 1998). Ezek az eredmények alátámasztják azt a feltételezést, hogy a navigációs rendszerek függetlenek a tanulástól.

Mindennek ellenére a logika segítségével az agyi plaszticitás mechanizmusai egyértelműen szükségesek a közelmúltban kialakult térképek memóriájában fennálló stabilitáshoz. És ha nem így lenne, mi lenne az a tapasztalat használata, amelyet az egyik formája az ő városának utcáin sétál? Nem lenne mindig olyan érzés, hogy ez az első alkalom, hogy belépünk a házunkba? Úgy gondolom, hogy a hipotézisek, mint oly sok más esetben, egymást kiegészítőbbek, mint amilyennek látszanak, és valamilyen módon, annak ellenére, hogy ezek a funkciók veleszületett módon működnek, a plaszticitásnak szerepet kell játszania ezen térbeli térképek fenntartásában a memóriában.

Hálózat, cím és élelemek

Elég elvont, hogy beszéljünk a helycellákról, és talán több olvasó is meglepődött, hogy ugyanaz az agyterület, amely emlékeket generál, úgy szól, hogy a GPS. De nem fejeztük be, és a legjobb még nem jön. Most hajlítsuk meg a curlet. Kezdetben úgy vélték, hogy az űrhajózás kizárólag a hippokampuszon múlik, amikor láttuk, hogy a szomszédos struktúrák, mint például az entorhinális kéreg nagyon gyenge aktivációt mutatott a tér függvényében (Frank et al., 2000).

Azonban ezekben a vizsgálatokban az entorhinális kéreg ventrális területein megfigyelt aktivitást rögzítették, és a későbbi vizsgálatokban feljegyeztük a háti területeket, amelyek nagyobb számban kapcsolódnak a hippocampushoz (Fyhn et al., 2004). Szóval, akkor azt tapasztaltuk, hogy e régió sok sejtje a hippocampushoz hasonló helyzetben égett. Eddig olyan eredményeket vártak, amelyek várhatóan megtalálhatók voltak, de amikor úgy döntöttek, hogy növelik az entorhinális kéregben regisztrált területet, meglepetésük volt: az állatok által elfoglalt helytől függően aktivált csoportok között látszólag néma zónák voltak, azaz nem voltak activadas-. Amikor az aktiválást mutató régiók gyakorlatilag csatlakoztak, mintákat határoztak meg hatszögek vagy háromszögek formájában. Ezeket az idegsejteket az „entorhinális kéreg” vörösvértestjeinek nevezték..

Amikor vörösvértesteket fedeztek fel, megoldható volt a sejtek kialakulásának kérdése. Miután a sejtek számos kapcsolatot létesítettek a hálózati cellák között, nem ésszerűtlen azt gondolni, hogy ezekből alakulnak ki. Még egyszer, a dolgok nem olyan egyszerűek, és a kísérleti bizonyítékok nem erősítették meg ezt a hipotézist. A hálózati cellákat képező geometriai mintákat még nem lehetett értelmezni.

A navigációs rendszerek nem csökkentik a hippocampust

A komplexitás itt nem ér véget. Még kevésbé, amikor látták, hogy a navigációs rendszerek nem csökkennek a hippokampuszra. Ez lehetővé tette, hogy a kutatási határokat más agyterületekre is kiterjesszék, így felfedezték a sejtekhez kapcsolódó más típusú sejteket: Kormányzati cellák és élelemek.

A kormányzók kódolják azt az irányt, amelyben az alany mozog, és az agytörzs dorsalis tegmentális magjában helyezkedik el. Másrészt az élsejtek olyan sejtek, amelyek növelik az égési sebességüket, mivel az alany megközelíti az adott térhatárokat, és megtalálható a hippocampus szubiculum-specifikus régiójában. Egyszerűsített példát fogunk ajánlani, amelyben megpróbáljuk összefoglalni az egyes cellatípusok funkcióit:

Képzeld el, hogy a ház étkezőjében vagy, és hogy a konyhába akarsz menni. Mivel a ház étkezőjében tartózkodik, van egy szobalámpa, amely az ebédlőben marad, de mivel a konyhába akarsz menni, egy másik, a konyhát reprezentáló sejt is lesz. Az aktiválás világos lesz, mert a házad olyan hely, amelyet tökéletesen tudsz ismerni, és az aktiválást tudjuk detektálni mind a helyszínen, mind a cellákban..

Most kezdje a konyhát. Lesz egy meghatározott címcella-csoport, amely most lőni fog, és nem változik addig, amíg fenntart egy meghatározott irányt. Most képzelje el, hogy a konyhába menni jobbra kell fordulnia, és át kell haladnia egy keskeny folyosón. Amint bekapcsolod, a címcellaid tudni fogják, és a címcella egy másik csoportja regisztrálja az aktivált címet, és az előzőek deaktiválódnak.

Képzeld el azt is, hogy a folyosó keskeny, és a hamis mozdulatok okozhatják a fal behatolását, így a szélsejtek növelik az égési sebességet. Minél közelebb kerül a folyosófalhoz, annál nagyobb az égési arány, amely megmutatja a szélső celláit. Gondolj a szélső cellákra, mint az érzékelőkre, amelyeket néhány új autónak van, és amelyek hallásjelet adnak, amikor parkolsz. A szélső cellák hasonlóan működnek ezekhez az érzékelőkhöz, annál közelebb kerülnek a több zaj ütközéséhez. Amikor megérkezik a konyhába, a helycellái jelezték Önnek, hogy kielégítően érkezett, és mivel ez egy szélesebb környezet, a szélsejtjei ellazulnak.

Csináljunk mindent

Kíváncsi azt gondolni, hogy agyunknak van módja a helyzetünk megismerésére. De van még egy kérdés: Hogyan tudjuk összeegyeztetni a deklaratív memóriát a hippocampus űrben történő navigációjával? Vagy lehet, hogy emlékeink ezekből a térképekből alakultak ki? A kérdés megválaszolásához egy kicsit tovább kell gondolnunk. Más tanulmányok rámutattak arra, hogy ugyanazok a cellák, amelyek kódtérrel rendelkeznek, amelyekről már beszéltünk, kódolják az időt. Így beszéltünk idősejtek (Eichenbaum, 2014), amely az idő észlelését kodifikálja.

Az ügy meglepő dolog az, hogy egyre több bizonyíték támasztja alá azt az elképzelést, hogy a sejtek helyzete megegyezik az idősejtekkel. Ezután ugyanaz az elektromos impulzusokat használó neuron képes tér és idő kódolására. Az idő és tér kódolása ugyanazon cselekvési potenciálok között és azok fontossága a memóriában rejtély marad.

Összefoglalva: személyes véleményem

Véleményem erről? Meg tudom mondani ezt a tudós köntösét az ember hozzászokott arra, hogy a könnyű lehetőségre gondoljon, és azt gondoljuk, hogy az agy ugyanazzal a nyelvvel beszél, mint mi. A probléma az, hogy az agy egy egyszerűsített változatot kínál nekünk, amit maga a folyamat. Platón barlangának árnyékához hasonló módon. Tehát éppúgy, mint a kvantumfizika korlátai, amit a valóságnak megértünk, az idegtudományban felfedezzük, hogy az agyban a dolgok különböznek a világtól, amit tudatosan érzékelünk, és nagyon nyitott elme van, hogy a dolgoknak nincsenek miért van olyan, ahogyan tényleg észleljük őket.

Az egyetlen dolog, amit világosnak tartok, az, amit Antonio Damasio szokott megismételni a könyveiben: az agy a térképek nagy generátora. Talán az agy az időt és a helyet ugyanúgy értelmezi, mint az emlékeink térképét. És ha úgy tűnik, hogy kiméra, úgy gondoljuk, hogy Einsten a relativitáselméletében az egyik elmélet, amit feltételezett, az volt, hogy az idő nem érthető tér nélkül, és fordítva. Kétségtelen, hogy e rejtélyek feltárása kihívást jelent, még akkor is, ha az állatokon való tanulás nehézségei.

Ugyanakkor ezekben a kérdésekben nem szabad semmilyen erőfeszítést megtenni. Először a kíváncsiság. Ha tanulmányozzuk az univerzum terjeszkedését vagy a közelmúltban rögzített gravitációs hullámokat, miért nem tanulmányoznánk, hogy az agy hogyan értelmezi az időt és helyet? Másodszor, sok neurodegeneratív betegség, mint például az Alzheimer-kór, elsődleges tünetként tér-időbeli dezorientációt mutat. Ismerve a kódolás neurofiziológiai mechanizmusait, olyan új szempontokat fedezhetünk fel, amelyek segítenek jobban megérteni ezen betegségek patológiai lefolyását, és ki tudja, hogy új farmakológiai vagy nem farmakológiai célokat fedeznek fel..

Irodalmi hivatkozások:

• Eichenbaum H. 2014. Időbeli sejtek a hippocampusban: új dimenzió az emlékek feltérképezéséhez. Nature 15: 732-742
• Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. A hippocampusban és az entorhinalis kéregben kódoló trajektor. Neuron 27: 169-178.
• Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. Térbeli ábrázolás az entorinális kéregben. Science 305, 1258-1264
• Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Az új hippokampális hely-térképek hosszú távú stabilitásának megszüntetése NMDA receptor blokád segítségével. Science 280: 2121-2126.
• Monaco JD, Abbott LF. 2011. A rácscellák aktivitásának moduláris átalakítása a hippokampális újrakezdés alapjául. J Neurosci 31, 9414-9425.
• O'Keefe J, Speakman A. 1987. Egységes aktivitás az egér hippocampusban egy térbeli memória feladat során. Exp Brain Res 68: 1 -27.
• Scoville WB, Milner B (1957). A közelmúlt memóriájának elvesztése a kétoldalú hippocampallíció után. Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.