"Paikkasolut", kuten aivojen GPS

Suuntautuminen ja etsiminen uusissa tai tuntemattomissa tiloissa on yksi kognitiivisista tiedoista, joita käytämme useimmiten. Käytämme sitä ohjaamaan meitä talossamme, naapurustomme, menemään töihin.

Riippuvat myös siitä, kun matkamme uuteen ja tuntemattomaan kaupunkiin meille. Käytämme sitä myös silloin, kun ajetamme ja luultavasti lukija on joutunut huolimattomuuteen hänen orientaatiossaan tai kumppaninsa kanssa, joka on tuominnut hänet kadonneen ja pakotettu kääntymään auton kanssa, kunnes hän asianmukaisella reitillä.

Se ei ole orientaation vika, se on hippokampuksen vika

Kaikki nämä ovat tilanteita, jotka usein turmelee meitä ja jotka johtavat meitä kiroamaan orientaatiomme tai muiden suuttumisia, huutoja ja erilaisia ​​käyttäytymisiä. hyvin, koska tänään annan harjaspäätä orientaation neurofysiologisissa mekanismeissa , meidän Brain GPS ymmärtää meitä

Aloitetaan olemalla tarkka: emme saa kirota suuntausta, koska se on vain osa hermosektorin toimintaa tietyillä alueilla. Siksi aloitamme kirottelemalla hippokampustamme.

Hippokampus kuin aivorakenne

Todella hippokampus on ikivanha rakenne, se on osa sivilisaatiota eli niitä rakenteita, jotka ovat filogeenisesti vanhempia lajissamme. Anatomisesti se on osa limbistä järjestelmää, jossa myös muita rakenteita, kuten amygdalaa, löytyy. Limbisen järjestelmän katsotaan olevan muistin morfologinen substraatti, tunteet, oppiminen ja motivaatio.

Lukija mahdollisesti, jos hän on tottunut psykologian kanssa, tietää, että hippokampus on välttämätön rakenne deklaratiivisten muistojen lujittamiselle, toisin sanoen sellaisten muistojen kanssa, joilla on episodinen sisältö kokemuksistamme tai muuten semanttiset (Nadel ja O'Keefe, 1972) .

Todiste tästä ovat runsaat tutkimukset, jotka koskevat "potilaan HM: n" suosittua tapausta, potilasta, jonka ajalliset puolipallot oli poistettu, tuottaen tuhoisan anterogradamnesian, toisin sanoen hän ei voinut muistaa uusia tosiseikkoja, vaikka hän säilytti suurimman osan muistosi ennen operaatiota. Niille, jotka haluavat syventää tässä tapauksessa, suosittelen tutkimuksia Scoville ja Millner (1957), jotka tutkivat HM potilasta tyhjentävästi.

Paikkakenno: mitä he ovat?

Tähän mennessä emme sano mitään uutta tai mitään yllättävää. Mutta se tapahtui vuonna 1971, kun sattumalta löydettiin aivojen navigointijärjestelmiä koskevan tutkimuksen alku. O'keefe ja John Dostrovski käyttäen kallonsisäisiä elektrodeja, voisi kirjata hippokampuskohtaisten neuronien aktiivisuuden rotilla . Tämä tarjosi mahdollisuuden, että eläin oli hereillä, tajuissaan ja liikutessaan vapaasti.

Mitä he eivät odottaneet löytäneensä, oli se, että neuroneja, jotka vastasivat selektiivisesti riippuen alueesta, jossa rotta oli. Ei ole, että jokaiseen asentoon oli olemassa tiettyjä neuroneja (esimerkiksi kylpyhuoneellesi ei ole neuronia), mutta ne havaittiin CA1: ssa (hippokampuksen erityinen alue), jotka merkitsivät referenssipisteitä, joita voitaisiin mukauttaa eri tiloihin .

Näitä soluja kutsuttiin sijoittaa solut. Siksi ei ole, että jokainen tietty tila, jota käytät, on paikallinen hermosolmu, vaan ne ovat viitekehyksiä, jotka liittyvät teidän ympäristöönne; Näin muodostetaan egosentriset navigointijärjestelmät. Paikoin neuronit muodostavat myös keskitettyjä navigointijärjestelmiä, jotka liittyvät niiden välisten tilojen elementteihin.

Innate ohjelmointi vs. kokemus

Tämä havainto järkytti monia neurotieteellisiä tutkijoita, jotka pitivät hippokampusta selventävänä oppimisrakennelmana ja näkivät nyt, kuinka se pystyi koodaamaan paikkatietoa. Tämä johti hypoteesiin "kognitiivisen kartan", joka olettaisi, että ympäristömme esitys syntyisi hippokampuksessa.

Samoin kuin aivot ovat erinomainen generaattori karttoja muille aistinvaraisille toimintamuodoille, kuten visuaalisten, kuulo- ja somatosensoristen signaalien koodaamiseen; ei ole kohtuutonta ajatella hippokampusta rakenteeksi, joka luo ympäristöömme karttoja ja takaa suuntautumisemme niissä .

Tutkimus on mennyt pidemmälle ja on tuonut tämän paradigman testiksi hyvin erilaisissa tilanteissa. Esimerkiksi on havaittu, että paikka soluja labyrinttitehtävissä ampuu, kun eläin tekee virheitä tai kun se on sellaisessa asennossa, jossa neuroni yleensä ampuu (O'keefe ja Speakman, 1987).Tehtävissä, joissa eläimen on liikuttava eri tiloilla, on havaittu, että paikoissa olevat neuronit ampuvat riippuen siitä, mistä eläimestä tulee ja missä se menee (Frank et al., 2000).

Miten alueelliset kartat muodostuvat

Toinen tärkeä tutkimusalan kiinnostus tällä alalla on ollut siitä, miten nämä alueelliset kartat muodostuvat. Yhtäältä voisimme ajatella, että paikkasolut vahvistavat tehtävänsä kokemuksen perusteella, kun saamme ympäristöä tai voimme ajatella, että se on aivopiirien taustalla oleva osa, eli synnynnäinen. Kysymys ei ole vielä selvä, ja voimme löytää empiirisiä todisteita, jotka tukevat molempia hypoteeseja.

Toisaalta Monacon ja Abbottin (2014) kokeet, joissa on havaittu lukuisten solujen aktiivisuus, ovat havainneet, että kun eläin sijoitetaan uuteen ympäristöön useita minuutteja, kunnes nämä solut alkavat ampua normaali. siten, paikkakartat ilmaistaan ​​jossain määrin siitä hetkestä lähtien, kun eläin saapuu uuteen ympäristöön , mutta kokemus muuttaisi näitä karttoja tulevaisuudessa.

Siksi voimme ajatella, että aivojen plastisuus vaikuttaa roolin alueellisten karttojen muodostumiseen. Sitten, mikäli plastiheys todella rooli, odotamme, että knockout-hiiret neurotransmitterin glutamaatin NMDA-reseptorille eli hiirille, jotka eivät ekspressoi tätä reseptoria, eivät tuota spatiaalisia karttoja, koska tällä reseptorilla on keskeinen rooli aivojen muoviteollisuudessa ja oppimista.

Muovilla on tärkeä rooli paikkakarttojen ylläpidossa

Kuitenkaan näin ei ole, ja on havaittu, että NMNO-reseptoriin tai hiiriin, jotka on farmakologisesti käsitelty tämän reseptorin estämiseksi, on poistettu hiiret, jotka ilmaisevat samankaltaisia ​​soluvasteita uusissa tai tuttuissa ympäristöissä. Tämä viittaa siihen, että spatiaalisten karttojen ilmentyminen on riippumaton aivojen plastisuudesta (Kentrol et ai., 1998). Nämä tulokset tukisivat hypoteesia siitä, että navigointijärjestelmät ovat riippumattomia oppimisesta.

Kaikesta huolimatta, logiikan avulla, aivojen plastisuuden mekanismien on oltava selvästi välttämättömiä äskettäin muodostettujen karttojen muistiin. Ja jos ei olisi niin, mikä olisi kokemuksen käyttäminen, joka muodostuu kulkemalla hänen kaupunginsa kaduilla? Eikö meillä aina olisi sellaista tunne, että se on ensimmäinen kerta, kun tulimme talomme? Uskon, että niin monessa muussa tilanteessa hypoteesit ovat toisiaan täydentäviä, kuin ne näyttävät ja tietyssä mielessä huolimatta näiden toimintojen luontaisesta toiminnasta, muovilla on rooli säilyttää nämä spatiaaliset kartat muistiin .

Verkko, osoite ja reunasolut

On varsin abstrakti puhua paikkasoluista ja ehkä useampi kuin yksi lukija on yllättynyt siitä, että sama aivoalue, joka synnyttää muistoja, palvelee meitä, niin sanotusti, GPS: tä. Mutta emme ole valmiita ja paras on vielä tulossa. Nyt päästäkää kihara todella. Alun perin ajateltiin, että avaruussuunnittelu riippuisi yksinomaan hippokampusta, kun havaittiin, että vierekkäiset rakenteet, kuten entorhinaalinen aivokuori, osoittivat erittäin heikkoa aktivointia tilan funktiona (Frank et al., 2000).

Näissä tutkimuksissa havaittiin kuitenkin entorhinaalisen aivokuoren aktiivisuus ventralaalisilla alueilla, ja myöhemmissä tutkimuksissa kirjattiin selkäalueita, joilla on suurempi määrä yhteyksiä hippokampukseen (Fyhn et al., 2004). Joten sitten havaittiin, että tämän alueen monet solut ampuivat riippuen asemasta, joka oli samanlainen kuin hippokampus . Toistaiseksi heidän odotetaan saavuttavan tuloksia, mutta kun he päättivät kasvattaa aluetta, johon he rekisteröivät entorhinaalisen aivokuoren kohdalla, heillä oli yllätys: niiden eläinten tilan mukaan aktivoitujen neuronien ryhmien joukossa oli ilmeisesti hiljaisia ​​alueita - toisin sanoen he eivät olleet activadas-. Kun alueet, jotka osoittivat aktivaation olevan käytännössä liittyneet, kuviot havaittiin kuusikulmioina tai kolmioina. He kutsuivat näiden "punaisten solujen" entorhinaalisen aivokuoren neuroneja.

Kun punasolut löydettiin, oli mahdollista ratkaista kysymys siitä, miten solut muodostuvat. Kun solut sijoittavat lukuisia verkko-solujen yhteyksiä, ei ole kohtuutonta ajatella, että ne muodostuvat niistä. Kuitenkin vielä kerran asiat eivät ole niin yksinkertaisia ​​ja kokeelliset todisteet eivät ole vahvistaneet tätä hypoteesia. Verkkosoluja muodostavia geometrisia kuvioita ei ole vielä tulkittu.

Navigointijärjestelmiä ei ole vähennetty hippokampukseen

Monimutkaisuus ei pääty tähän. Vielä vähemmän, kun on havaittu, että navigointijärjestelmiä ei ole vähennetty hippokampukseen. Tämä on mahdollistanut tutkimusalueen laajentamisen muille aivojen alueille, jolloin löydettiin muita solujen soluihin liittyviä solutyyppejä: Ohjaussolut ja reunasolut .

Ohjaussolut koodattavat suunnan, jossa kohde liikkuu ja olisi sijoitettu aivorungon selän takymetreeniin. Toisaalta reunasolut ovat soluja, jotka lisäävät ampumisnopeutta, kun kohde lähestyy tietyn tilan rajoja, ja se löytyy hippokampuksen alikulaarispesifisestä alueesta. Aiomme tarjota yksinkertaistetun esimerkin, jossa yritämme tiivistää kunkin solutyypin toiminnan:

Kuvittele, että olet talosi ruokasalissa ja että haluat mennä keittiöön. Koska olet talosi ruokasalissa, sinulla on huoneen solu, joka syttyy, kun oleskelet ruokasalissa, mutta koska haluat mennä keittiöön, sinulla on myös toinen aktivoitu huoneesolu, joka edustaa keittiötä. Aktivointi on selvää, koska talosi on tilanne, jonka tiedät täydellisesti ja aktivointi voidaan havaita sekä solujen soluissa että soluverkossa.

Käynnistä sitten keittiön suuntaan. Joukko erityisiä osoitekennoja, jotka tulevat nyt ampumaan ja jotka eivät muutu niin kauan kuin ylläpidät tiettyä suunnan. Kuvittele, että mennä keittiöön käänny oikealle ja ylitettävä kapea käytävä. Kun käännyt, osoite solut tietävät sen ja toinen osoitekenttien sarja rekisteröi sen suunnan, jonka se on nyt aktivoinut, ja edelliset poistetaan käytöstä.

Kuvittele myös, että käytävä on kapea ja kaikki vääriä liikkeitä voi saada sinut osumaan seinään, joten reunasolut lisäävät ampumisnopeutta. Mitä lähemmäksi pääset käytävän seinään, sitä korkeampi ampuma-suhde näyttää reunasolusi. Ajattele reunasoluja sellaisina antureina, joista jotkut uudet autot ovat, ja jotka saavat äänimerkin, kun ohjaat puistoa. Reunakennot He työskentelevät samalla tavoin kuin nämä anturit, sitä lähempää heitä törmäävät enemmän melua . Kun tulet keittiölle, paikkasolut ovat kertoneet sinulle, että se on saavuttanut tyydyttävästi ja koska se on laajempi ympäristö, reunasolut rentoutuvat.

Lisäämme vain kaikkea

On utelias ajatella, että aivomme on tapoja tuntea asemaamme. Mutta vielä on kysymys: Miten sovitamme julistuksellisen muistin avaruusoperaation kanssa hippokampuksessa? Eli miten muistot vaikuttavat näihin karttoihin? Vai voisi olla, että muistamme muodostettiin näistä karttoista? Jotta voisimme vastata tähän kysymykseen, meidän on ajateltava hieman pidemmälle. Muut tutkimukset ovat osoittaneet, että myös samat solut, jotka koodaavat tilaa, josta olemme jo puhuneet, myös koodata aikaa . Niinpä on puhuttu aikaiset solut (Eichenbaum, 2014), joka koodaa ajan tuntemusta.

Yllättävää asia asia on, että yhä enemmän todisteita, jotka tukevat ajatusta siitä, että solukennot ovat samat kuin aika-solut . Sitten samaa neuronia käyttävät samat sähköiset impulssit kykenevät koodimaan tilaa ja aikaa. Aika-avaruuden koodauksen ja samojen toimintapotentiaalien välinen suhde ja niiden merkitys muistissa ovat mysteeri.

Yhteenvetona: henkilökohtainen mielipiteeni

Mielipiteeni siitä? Voin sanoa sen, että ottaisin pois tutkijan vaatteen ihminen on tottunut ajattelemaan helppoa vaihtoehtoa ja haluamme ajatella, että aivot puhuvat samaa kieltä kuin me . Ongelmana on se, että aivot tarjoavat yksinkertaistetun version todellisuudesta, jota hän itse prosessoi. Tavalla kuin Platonin luolan varjot. Niinpä, kuten kvanttifysiikan esteistä, joita ymmärrämme todellisuudeksi ovat rikki, neurotieteessä havaitsemme, että aivoissa asiat ovat erilaiset kuin maailmassa, jonka me tietoisesti havaitsemme, ja meillä on oltava hyvin avoin mieli, että asioilla ei ole miksi me todella näemme heidät.

Ainoa asia, jonka olen selventänyt, on Antonio Damasion tapaan toistaa lukuisia kirjoissaan: aivot ovat loistava karttageneraattori . Ehkä aivot tulkitsevat aikaa ja tilaa samalla tavoin kartoittamaan muistoja. Ja jos sinusta tuntuu, että Einstenin suhteellisuusteorian Einstenin mukaan yksi niistä teorioista, joita hän oletti, oli se aika, jota ei voitu ymmärtää ilman tilaa ja päinvastoin. Epäilemättä paljastaminen näistä mysteereistä on haaste, varsinkin kun ne ovat vaikeita näkökohtia eläimille.

Näitä asioita ei kuitenkaan pitäisi säästää. Ensimmäinen uteliaisuus. Jos tutkimme maailmankaikkeuden laajenemista tai äskettäin kirjattuja gravitaatio-aaltoja, miksi emme tutkimme, miten aivot tulkitsevat aikaa ja tilaa? Toiseksi, monet neurodegeneratiivisista patologeista, kuten Alzheimerin taudista, ovat avaruustekniikan disorientaatiota ensimmäisinä oireina.Tietäen tämän koodauksen neurofysiologisista mekanismeista voisimme löytää uusia näkökohtia, jotka auttavat paremmin ymmärtämään näiden tautien patologista kulkua ja, kuka tietää, löytää uusia farmakologisia tai ei-farmakologisia tavoitteita.

Kirjallisuusviitteet:

• Eichenbaum H. 2014. Aikasolut hippokampuksessa: uusi ulottuvuus muistien kartoitukseen. Nature 15: 732 - 742
• Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Trajektori koodaa hippokampuksessa ja entorhinaalikuoressa. Neuron 27: 169-178.
• Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. Tilastollinen esitys entorhinaalisessa aivokuoressa. Science 305: 1258-1264
• Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Uusien hippokampaalien paikkasolukarttojen pitkäaikaisen stabiilisuuden poistaminen NMDA-reseptorin salpauksella. Science 280: 2121-2126.
• Monaco JD, Abbott LF. Verkko-soluaktiivisuuden modulaarinen uudelleenjärjestely pohjaan hippokampuksen remapping-tekniikalle. J Neurosci 31: 9414-9425.
• O'Keefe J, Speakman A. 1987. Yksittäisen yksikön aktiivisuus hiiren hippokampuksessa spatiaalisen muistitoiminnon aikana. Exp Brain Res 68: 1-27.
• Scoville WB, Milner B (1957). Viimeisen muistin menettäminen kahdenvälisen hippokampaalien jälkeen. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.