“Vietas šūnas”, kaut kas līdzīgs mūsu smadzeņu GPS

Orientācija un izpēte jaunās vai nezināmās telpās ir viena no kognitīvajām fakultātēm, ko mēs izmantojam visbiežāk. Mēs to izmantojam, lai vadītu mūs mājās, mūsu apkārtnē, lai dotos uz darbu.

Mēs arī no tā esam atkarīgi, kad mēs ceļojam uz jaunu un nezināmu pilsētu. Mēs to lietojam pat tad, kad mēs braucam, un, iespējams, lasītājs būs kļuvis par neuzmanības upuri viņa orientācijā vai sabiedrotajā, kas būs nosodījis viņu pazust, piespiežot iet ar automašīnu, līdz viņš dod ar pareizo maršrutu.

Tā nav orientācijas vaina, tā ir hipokampusa vaina

Visas šīs ir situācijas, kas mūs bieži vien sagrauj un kas liek mums nolādēt mūsu vai citu cilvēku orientāciju, ar apvainojumiem, kliegšanu un dažādām uzvedībām. Labi, Šodien es sniegšu birstes sajūtu neirofizioloģiskajos orientācijas mehānismos, mūsu Smadzeņu GPS saprast mūs.

Mēs sāksim būt specifiski: mēs nedrīkstam nolādēt orientāciju, jo tas ir tikai mūsu nervu darbības rezultāts konkrētos reģionos. Tāpēc mēs sāksim ar mūsu hipokampusa lāstu.

Hipokamps kā smadzeņu struktūra

Evolucionārais ir hipokamps, kas ir senā struktūra, tā ir daļa no arikoloģijas, tas ir, tās struktūras, kas mūsu sugā ir filogēniski vecākas. Anatomiski tas ir daļa no limbiskās sistēmas, kurā atrodamas arī citas struktūras, piemēram, amygdala. Limbisko sistēmu uzskata par atmiņas, emociju, mācīšanās un motivācijas morfoloģisko pamatu.

Lasītājs, ja viņš ir pieradis pie psiholoģijas, zinās, ka hipokamps ir vajadzīgā struktūra deklaratīvo atmiņu nostiprināšanai, tas ir, ar atmiņām ar epizodisku saturu par mūsu pieredzi vai arī semantisko (Nadel un O'Keefe, 1972).

To pierāda bagātīgie pētījumi par populāro "pacienta HM" gadījumu, pacientu, kura laikā tika noņemti laiki puslodes, radot postošu anterogrādisku amnēzi, tas ir, viņš nevarēja iegaumēt jaunus faktus, lai gan viņš saglabāja lielāko daļu jūsu atmiņas pirms operācijas. Tiem, kas šajā gadījumā vēlas dziļāk doties, es iesaku Scoville un Millner pētījumus (1957), kas izsmeļoši pētīja HM pacientu.

Vietas šūnas: kas tās ir??

Līdz šim mums nav nekas jauns vai nekas pārsteidzošs. Bet tas bija 1971. gadā, kad tika atklāts fakts, kas radīja smadzeņu navigācijas sistēmu izpētes sākumu. O'keefe un John Dostrovski, izmantojot intrakraniālos elektrodus, varētu reģistrēt hippokampālā raksturīgo neironu aktivitāti žurkām. Tas deva iespēju, ka, veicot dažādus uzvedības testus, dzīvnieks bija nomodā, apzinās un brīvi pārvietojās.

Ko viņi negaidīja, atklāja, ka bija neironi, kas selektīvi reaģēja atkarībā no apgabala, kurā atradās žurka. Nav tā, ka katrai pozīcijai bija specifiski neironi (piemēram, jūsu vannas istabai nav neironu), bet tie tika novēroti CA1 (konkrētajā hipokampusa reģionā) šūnās, kas iezīmēja atskaites punktus, kurus var pielāgot dažādām telpām..

Šīs šūnas tika izsauktas ievietojiet šūnas. Tāpēc nav tā, ka katrai konkrētai telpai ir vieta neironam, bet gan tie ir atskaites punkti, kas jums ir saistīti ar jūsu vidi; Tādā veidā tiek veidotas egocentriskās navigācijas sistēmas. Novietojiet neironus arī izvietojošās navigācijas sistēmas, kas savstarpēji saistīs kosmosa elementus.

Innate programmēšana pret pieredzi

Šis atklājums pārsteidza daudzus neirozinātniekus, kuri uzskatīja, ka hipokamps ir deklaratīva mācīšanās struktūra, un tagad redzēja, kā spēja kodēt telpisko informāciju. Tas radīja hipotēzi par "kognitīvo karti", kas liktu domāt, ka hippokampā tiks radīta mūsu vides reprezentācija..

Tāpat kā smadzenes ir lielisks karšu ģenerators citām jutekļu modalitātēm, piemēram, vizuālo, dzirdes un somatosensorālo signālu kodēšanai; Nav saprātīgi domāt par hipokampu kā struktūru, kas rada mūsu vides kartes un kas garantē mūsu orientāciju tajās.

Pētījumi ir gājuši tālāk, un šī paradigma ir pārbaudīta ļoti atšķirīgās situācijās. Piemēram, ir redzams, ka labirints uzdevumu šūnu šūnas, kad dzīvnieks kļūdās vai kad tas ir tādā stāvoklī, kurā neirons parasti šautu (O'keefe un Speakman, 1987). Uzdevumos, kuros dzīvniekam jāpārvietojas dažādās telpās, ir redzams, ka neironu šaušana notiek atkarībā no tā, no kurienes dzīvnieks nāk un kur tas notiek (Frank et al., 2000).

Kā veidojas kosmosa kartes

Vēl viens no galvenajiem pētniecības interesēm šajā jomā ir bijis, kā veidojas šīs telpiskās kartes. No vienas puses, mēs varētu domāt, ka vieta šūnas izveido savu funkciju, balstoties uz pieredzi, ko mēs saņemam, kad mēs pētām vidi, vai mēs varētu domāt, ka tā ir mūsu smadzeņu ķēžu pamatā, ti, iedzimta. Jautājums vēl nav skaidrs, un mēs varam atrast empīriskus pierādījumus, kas atbalsta abas hipotēzes.

No vienas puses, Monako un Abbota (2014) eksperimenti, kas reģistrēja lielu skaitu šūnu darbību, ir redzējuši, ka tad, kad dzīvnieks tiek ievietots jaunā vidē, vairākas minūtes iet līdz brīdim, kad šīs šūnas sāk šaut ar Normālums Tātad, tad, vietas kartes tiktu izteiktas kaut kādā veidā no brīža, kad dzīvnieks nonāk jaunā vidē, bet pieredze nākotnē mainīs šīs kartes.

Tāpēc mēs varētu domāt, ka smadzeņu plastiskums spēlē lomu telpisko karšu veidošanā. Tad, ja plastiskums patiešām spēlēja lomu, mēs sagaidām, ka peles izspiežas uz neirotransmitera glutamāta NMDA receptoriem - ti, pelēm, kas neizrāda šo receptoru - nerada telpiskās kartes, jo šim receptoram ir būtiska loma smadzeņu plastiskumā un mācīšanās.

Plastiskumam ir svarīga loma telpisko karšu uzturēšanā

Tomēr tas tā nav, un ir redzams, ka knockout peles uz NMDA receptoriem vai pelēm, kuras tika ārstētas farmakoloģiski, lai bloķētu šo receptoru, izpaužas līdzīgas šūnu reakcijas shēmas jaunās vai pazīstamās vidēs. Tas liecina, ka telpisko karšu izpausme nav atkarīga no smadzeņu plastiskuma (Kentrol et al., 1998). Šie rezultāti atbalstītu hipotēzi, ka navigācijas sistēmas ir neatkarīgas no mācīšanās.

Neskatoties uz visu, izmantojot loģiku, smadzeņu plastiskuma mehānismiem jābūt nepārprotami nepieciešamiem, lai saglabātu nesen izveidoto karšu atmiņu. Un, ja tas tā nebūtu, tad kādas būtu tādas pieredzes izmantošana, ko viens veidojis, staigājot pa savas pilsētas ielām? Vai ne vienmēr būtu sajūta, ka tā ir pirmā reize, kad mēs ienākam mūsu mājā? Es uzskatu, ka, tāpat kā tik daudzos citos gadījumos, hipotēzes ir vairāk papildinošas, nekā šķiet, un kaut kādā veidā, neskatoties uz šo funkciju dabisko darbību., plastiskumam ir nozīme šo telpisko karšu saglabāšanā atmiņā.

Tīkla, adreses un malu šūnas

Tas ir diezgan abstrakti runāt par vietu šūnām un, iespējams, vairāk nekā viens lasītājs ir pārsteigts, ka tā pati smadzeņu zona, kas rada atmiņas, kalpo mums, tā teikt, GPS. Bet mēs neesam pabeiguši, un labākais vēl ir priekšā. Tagad liekamies čokurošanās. Sākotnēji tika uzskatīts, ka kosmosa navigācija ir atkarīga tikai no hipokampusa, kad tika konstatēts, ka blakus esošās struktūras, piemēram, entorīnās garozas, parādīja ļoti vāju aktivāciju kā telpas funkciju (Frank et al., 2000).

Tomēr šajos pētījumos tika reģistrēta aktivitāte entorīnās garozas vēdera zonās un vēlākos pētījumos tika reģistrētas muguras zonas, kurām ir lielāks skaits savienojumu ar hipokampu (Fyhn et al., 2004). Tātad, tad tika novērots, ka daudzas šīs reģiona šūnas, atkarībā no stāvokļa, līdzinās hipokampam. Līdz šim ir sagaidāmi rezultāti, kas bija sagaidāmi, bet, kad viņi nolēma palielināt platību, ko viņi reģistrētu entorinālajā garozā, viņiem bija pārsteigums: starp neironu grupām, kas tika aktivizētas atkarībā no dzīvnieka aizņemtās vietas, bija acīmredzami klusas zonas - tas ir, tie nebija aktivizēts-. Kad reģioni, kas parādīja aktivāciju, bija praktiski apvienoti, tika novēroti seši sešstūri vai trīsstūri. Viņi sauca par šiem urīnpūšļa garozas neironiem "sarkanās šūnas"..

Kad tika atklātas sarkanas šūnas, bija iespējams atrisināt jautājumu par to, kā veidojas šūnas. Tā kā šūnas izvieto daudzus tīkla šūnu savienojumus, nav saprātīgi domāt, ka tie veidojas no tiem. Tomēr vēlreiz, lietas nav tik vienkāršas un eksperimentālie pierādījumi nav apstiprinājuši šo hipotēzi. Ģeometriskie modeļi, kas veido tīkla šūnas, vēl nav interpretējami.

Navigācijas sistēmas netiek samazinātas līdz hipokampam

Šeit sarežģītība nebeidzas. Vēl mazāk, kad ir redzams, ka navigācijas sistēmas nav samazinātas līdz hipokampam. Tas ir ļāvis paplašināt pētniecības robežas uz citām smadzeņu zonām, tādējādi atklājot cita veida šūnu saistītas šūnas vietā: Stūres šūnas un malu šūnas.

Stūres šūnas kodētu virzienu, kādā subjekts pārvietojas, un tas atrodas smadzeņu asinsvadu mugurkaula kodolā. No otras puses, malas šūnas ir šūnas, kas palielina to šaušanas ātrumu, jo subjekts sasniedz konkrētas telpas robežas un var atrasties hipokampusa subikulāro apgabalā. Mēs piedāvāsim vienkāršotu piemēru, kurā mēs centīsimies apkopot katra šūnu veida funkciju:

Iedomājieties, ka jūs atrodaties savas mājas ēdamistabā un vēlaties iet uz virtuvi. Tā kā jūs atrodaties savas ēdamistabas ēdamzālē, jums būs telpu šūna, kas aizdegsies, kamēr uzturaties ēdamistabā, bet, tā kā jūs vēlaties doties uz virtuvi, jums būs arī cita aktivizēta šūna, kas pārstāv virtuvi. Aktivizācija būs skaidra, jo jūsu māja ir telpa, kuru jūs labi pazīstat, un aktivizācija, ko mēs varēsim atklāt gan vietas, gan šūnu tīklā.

Tagad sāciet staigāt uz virtuvi. Būs konkrētu adrešu šūnu grupa, kas tagad būs šaušana un nemainīsies, kamēr saglabāsiet noteiktu virzienu. Tagad iedomājieties, ka, lai dotos uz virtuvi, jums jāgriežas pa labi un šķērsojiet šauru koridoru. Kad jūs pagriezīsieties, jūsu adrešu šūnas to zinās, un cita adrešu šūnu kopa reģistrēs jau aktivizēto adresi, un iepriekšējie tiks deaktivizēti.

Iedomājieties arī to, ka koridors ir šaurs un jebkura viltota kustība var izraisīt slieksni, tāpēc jūsu malas šūnas palielinās jūsu šaušanas ātrumu. Jo tuvāk jūs nokļūsiet koridora sienā, jo lielāks šaušanas koeficients parādīs jūsu malas šūnas. Padomājiet par malas šūnām kā sensoriem, kas ir dažiem jauniem automobiļiem, un kas rada dzirdes signālu, kad esat manevrējot stāvēt. Malu šūnas viņi strādā līdzīgi šiem sensoriem, jo ​​ciešāk tie saskaras ar lielāku troksni. Kad ieradīsieties virtuvē, jūsu vietas šūnas jums būs norādījušas, ka tas ir pienācīgi ieradies, un tā kā tā ir plašāka vide, jūsu malas šūnas atslābinās.

Tikai sarežģīsim visu

Interesanti domāt, ka mūsu smadzenēm ir veidi, kā uzzināt mūsu stāvokli. Bet vēl ir jautājums: kā mēs saskaņojam deklaratīvo atmiņu ar kosmosa navigāciju hippokampā, tas ir, kā mūsu atmiņas ietekmē šīs kartes? Vai arī varētu būt, 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 telpu, kuras mēs jau esam runājušas, arī kodē laiku. Tādējādi ir runāts par laika šūnas (Eichenbaum, 2014), kas kodificētu laika uztveri.

Pārsteidzošā lieta ir tā arvien vairāk pierādījumu, kas apstiprina ideju, ka šūnu novietošana ir vienāda ar laika šūnām. Tad tas pats neirons, kas izmanto tos pašus elektriskos impulsus, spēj kodēt telpu un laiku. Saikne starp laika un telpas kodēšanu tādos pašos darbības potenciālos un to nozīmi atmiņā paliek noslēpums.

Noslēgumā: mans personīgais viedoklis

Mans viedoklis par to? Pieņemot savu zinātnieka drēbes, es to varu teikt cilvēks ir pieradis domāt par vieglo variantu, un mēs gribam domāt, ka smadzenes runā tajā pašā valodā kā mēs. Problēma ir tā, ka smadzenes mums piedāvā vienkāršotu realitātes versiju, ko viņš pats dara. Līdzīgi Plato alas alas ēnām. Tātad, tāpat kā kvantu fizikas šķēršļi, ko mēs saprotam kā realitāti, ir bojāti, neirozinātnē mēs atklājam, ka smadzenēs lietas atšķiras no pasaules, ko mēs apzināti uztveram, un mums ir jābūt ļoti atvērtam, ka lietām nav kāpēc, kā mēs tos uztveram.

Vienīgais, kas man ir skaidrs, ir tas, ko Antonio Damasio pieradis atkārtot daudz savā grāmatā: smadzenes ir liels karšu ģenerators. Varbūt smadzenes laiku un telpu interpretē tādā pašā veidā, lai kartētu mūsu atmiņas. Un, ja šķiet, ka tas ir chimerisks, domājiet, ka Einsten savā relativitātes teorijā viena no teorijām, ko viņš teica, bija laiks, ka to nevarēja saprast bez telpas un otrādi. Neapšaubāmi šo noslēpumu izjaukšana ir izaicinājums, vēl jo vairāk tad, ja tie ir sarežģīti aspekti, lai pētītu dzīvniekus.

Tomēr šajos jautājumos nevajadzētu mazināties. Pirmkārt, zinātkāri. Ja mēs pētīsim Visuma paplašināšanos vai nesen reģistrētos gravitācijas viļņus, kāpēc mēs nezināt, kā mūsu smadzenes interpretē laiku un telpu? Otrkārt, daudzām neirodeģeneratīvām slimībām, piemēram, Alcheimera slimībai, ir kosmosa laika dezorientācija kā pirmajiem simptomiem. Zinot šī kodēšanas neirofizioloģiskos mehānismus, mēs varētu atklāt jaunus aspektus, kas palīdzēs labāk izprast šo slimību patoloģisko gaitu un, kas zina, vai atklāt jaunus farmakoloģiskos vai nefarmakoloģiskos mērķus..

Bibliogrāfiskās atsauces:

• Eichenbaum H. 2014. Laika šūnas hippokampā: jauna dimensija atmiņu kartēšanai. Nature 15: 732-742
• Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Trajektorijas kodējums hipokampā un entorinālā garozā. Neuron 27: 169-178.
• Fjna M, Moldena S, Vīte MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. Telpiskā attēlojums entorinālā garozā. Science 305: 1258-1264
• Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. gadā atcelt jaunu hipokampusa šūnu karšu ilgtermiņa stabilitāti ar NMDA receptoru blokādi. Zinātne 280: 2121-2126.
• Monako JD, Abbott LF. 2011. Režīma režģa aktivitātes modulārā pārkārtošana, kas ir pamats hipokampas pārkārtošanai. J Neurosci 31: 9414-9425.
• O'Keefe J, Speakman A. 1987. Vienas vienības aktivitāte peles hipokampā telpiskās atmiņas uzdevuma laikā. Exp Brain Res 68: 1 -27.
• Scoville WB, Milner B (1957). Nesenās atmiņas zudums pēc divpusējas hipokampulācijas. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.