'Cellerne', noget som vores hjerne GPS

Marts 26, 2024

Orientering og udforskning i nye eller ukendte rum er en af de kognitive fakulteter, vi bruger oftest. Vi bruger den til at guide os i vores hus, vores kvarter, til at gå på arbejde.

Vi er også afhængige af det, når vi rejser til en ny og ukendt by for os. Vi bruger det selv når vi kører og muligvis har læserne været offer for en uforsigtighed i hans orientering eller i en følgesvend, som vil have fordømt ham for at gå tabt og blive tvunget til at vende med bilen, indtil han med den rette rute.

Det er ikke orienteringen skyld, det er hippocampus skyld

Alt dette er situationer, der ofte frustrerer os, og det fører os til at forbande vores orientering eller de andre med fornærmelser, råber og forskellige adfærd. godt, for i dag vil jeg give et penselstrøg i de neurofysiologiske orienteringsmekanismer , i vores Hjernen GPS at forstå os

Vi vil begynde med at være specifikke: Vi bør ikke forbande orienteringen, da det kun er et produkt af vores neurale aktivitet i bestemte regioner. Derfor begynder vi at forbande vores hippocampus.

Hippocampus som hjernestruktur

Evolutionelt er hippocampus en gammel struktur, det er en del af arkavlækningen, det vil sige de strukturer, der er fylogenetisk ældre i vores art. Anatomisk er det en del af det limbiske system, hvor også andre strukturer som amygdala findes. Limbicsystemet betragtes som det morfologiske substrat af hukommelse, følelser, læring og motivation.

Læseren muligvis, hvis han er vant til psykologi, ved, at hippocampus er en nødvendig struktur til konsolidering af deklarative minder, det vil sige med de minder om episodisk indhold om vores erfaringer eller ellers semantisk (Nadel og O'Keefe, 1972) .

Bevis for dette er de rigelige undersøgelser, der eksisterer om det populære tilfælde af "patient HM", en patient, hvis temporale halvkugler var blevet fjernet, der producerede en ødelæggende anterograd amnesi, det vil sige han kunne ikke huske nye fakta, selv om han bevarede det meste af af dine minder fra før operationen. For dem, der ønsker at uddybe i denne sag, anbefaler jeg undersøgelserne af Scoville og Millner (1957), der studerede HM-patienten udtømmende.

Stedcellerne: Hvad er de?

Indtil videre siger vi ikke noget nyt eller noget overraskende. Men det var i 1971, da en tilfældighed, der genererede starten på undersøgelsen af navigationssystemer i hjernen, blev opdaget. O'keefe og John Dostrovski, ved hjælp af intrakraniale elektroder, kunne registrere aktiviteten af hippocampus-specifikke neuroner hos rotter . Dette gav mulighed for, at dyret var vågent, bevidst og bevægeligt frit, mens man udførte forskellige adfærdsmæssige test.

Hvad de ikke forventede at opdage var, at der var neuroner, der reagerede selektivt afhængigt af det område, hvor rotten var. Det er ikke, at der var specifikke neuroner til hver position (der er f.eks. Ingen neuron til dit badeværelse), men at de blev observeret i CA1 (en bestemt region i hippocampus) cellerne, der markerede referencepunkter, der kunne tilpasses til forskellige rum .

Disse celler blev kaldt placere celler. Derfor er det ikke, at der er en neuron af sted for hvert specifikt rum, som du hyppigt, men snarere er de referencer, der relaterer dig til dit miljø; Sådan dannes egocentriske navigationssystemer. Sted neuroner vil også danne allokeret navigationssystemer, der vil relatere elementer af rummet mellem dem.

Indbydende programmering vs. erfaring

Denne opdagelse forvirrede mange neuroscientists, som betragtede hippocampus som en deklarativ læringsstruktur og nu så, hvordan det var i stand til at kode for rumlig information. Dette gav anledning til hypotesen om det "kognitive kort", der ville postulere, at en repræsentation af vores miljø ville blive genereret i hippocampus.

Ligesom hjernen er en fremragende kortgenerator til andre sensoriske modaliteter, såsom kodning af visuelle, auditive og somatosensoriske signaler; det er ikke urimeligt at tænke på hippocampus som en struktur, der genererer kort over vores miljø, og som garanterer vores orientering i dem .

Forskningen er gået videre og har sat dette paradigme til test i meget forskellige situationer. Man har f.eks. Set, at cellerne i stedet for labyrintens opgaver skyder, når dyret laver fejl, eller når det er i en position, hvor neuronen normalt ville skyde (O'keefe og Speakman, 1987).I opgaver, hvor dyret skal bevæge sig gennem forskellige rum, er det blevet set, at stedet neuroner skyder afhængigt af hvor dyret kommer fra og hvor det går (Frank et al., 2000).

Hvordan rumlige kort formes

Et andet af hovedfokuserne for forskningsinteresse på dette område har været på hvordan disse rumlige kort er dannet. På den ene side kunne vi tro, at stedceller etablerer deres funktion ud fra erfaringen, vi modtager, når vi udforsker et miljø, eller måske tror vi, at det er en underliggende del af vores hjerne kredsløb, det vil sige medfødt. Spørgsmålet er endnu ikke klart, og vi kan finde empiriske beviser, der understøtter begge hypoteser.

På den ene side har eksperimenterne fra Monaco og Abbott (2014), der registrerede aktiviteten af et stort antal celler, set, at når et dyr placeres i et nyt miljø, passerer flere minutter, indtil disse celler begynder at skyde med normal. således Stedkort vil blive udtrykt på en eller anden måde fra det øjeblik et dyr træder i et nyt miljø , men oplevelsen ville ændre disse kort i fremtiden.

Derfor kan vi måske tro at hjernens plasticitet spiller en rolle i dannelsen af rumlige kort. Så hvis plastik virkelig spiller en rolle, ville vi forvente, at knockoutmus til NMDA-receptoren fra neurotransmitterglutamatet - det vil sige mus, der ikke udtrykker denne receptor - ikke ville generere rumlige kort, fordi denne receptor spiller en fundamental rolle i hjernens plasticitet og læring.

Plasticitet spiller en vigtig rolle i opretholdelsen af rumlige kort

Dette er imidlertid ikke tilfældet, og det er blevet set, at knockout-mus til NMDA-receptoren eller mus, som er blevet behandlet farmakologisk for at blokere denne receptor, udtrykker lignende mønstre af respons fra cellerne i nye eller kendte miljøer. Dette antyder, at udtrykket af rumlige kort er uafhængigt af hjernens plasticitet (Kentrol et al., 1998). Disse resultater ville understøtte den hypotese, at navigationssystemer er uafhængige af læring.

På trods af alt, ved hjælp af logik, må mekanismerne for cerebral plasticitet være tydeligt nødvendige for stabiliteten i hukommelsen af nyligt dannede kort. Og hvis det ikke var tilfældet, hvad ville det være at bruge den oplevelse, man skaber, ved at gå på gaderne i hans by? Ville vi ikke altid have den fornemmelse af, at det er første gang vi kom ind i vores hus? Jeg tror, at som ved så mange andre lejligheder er hypoteserne mere komplementære end de synes, og på en eller anden måde trods en funktion af disse funktioner, plasticitet har en rolle at spille i opretholdelse af disse rumlige kort i hukommelsen .

Netværks-, adresse- og kantceller

Det er ret abstrakt at tale om stedceller og muligvis mere end én læser er blevet overrasket over, at det samme hjerneområde, der genererer minder, tjener os, så at sige, GPS. Men vi er ikke færdige, og det bedste er endnu ikke kommet. Lad os nu krølle krøllen virkelig. I starten blev det antaget, at rumnavigation udelukkende ville afhænge af hippocampuset, da det blev set, at tilstødende strukturer som entorhinal cortex viste meget svag aktivering som en funktion af rummet (Frank et al., 2000).

I disse undersøgelser blev aktiviteten i ventrale områder af entorhinal cortex registreret, og i senere undersøgelser blev der registreret dorsale områder, som har et større antal forbindelser til hippocampus (Fyhn et al., 2004). Så da det blev observeret, at mange celler i denne region fyrede afhængigt af positionen, svarende til hippocampus . Hidtil forventes de at finde resultater, men da de besluttede at øge det område, de ville registrere i den entorhine cortex, var de overraskede: blandt de neuroner, der blev aktiveret afhængigt af dyrets rum, var der tilsyneladende tavse zoner - det var de ikke activadas-. Når regioner, der viste aktivering, næsten var sammenføjet, blev der observeret mønstre i form af hexagoner eller trekanter. De kaldte disse neuroner af entorhinal cortex "røde celler".

Når der blev opdaget røde celler, var det muligt at løse spørgsmålet om, hvordan celler dannes. Når cellerne har mange forbindelser til netværkscellerne, er det ikke urimeligt at tro, at de er dannet af dem. Men endnu en gang er tingene ikke så enkle, og eksperimentelle beviser har ikke bekræftet denne hypotese. De geometriske mønstre, der danner netværkscellerne, har ikke været i stand til at blive fortolket endnu.

Navigationssystemer er ikke reduceret til hippocampus

Kompleksiteten slutter ikke her. Endnu mindre, når det er blevet set, er navigationssystemerne ikke reduceret til hippocampus. Dette har gjort det muligt at udvide forskningsgrænserne til andre hjerneområder og dermed opdage andre celletyper relateret til cellerne på stedet: Styreceller og kantceller .

Styreceller ville kode retningen, hvor motivet bevæger sig og ville være placeret i hjernestammens dorsale tegmentale kerne. På den anden side er kantceller celler, som øger deres brændhastighed, da motivet nærmer grænserne for et givet rum og kan findes i den subikulumspecifikke region af hippocampus. Vi vil tilbyde et forenklet eksempel, hvor vi vil forsøge at opsummere funktionen af hver type celle:

Forestil dig at du er i spisestuen i dit hus, og at du vil gå til køkkenet. Da du er i spisestuen i dit hus, vil du have en rumcelle, der vil ild mens du bliver i spisestuen, men da du vil gå til køkkenet, vil du også have en anden aktiveret rumcelle, der repræsenterer køkkenet. Aktivering vil være klar, fordi dit hus er et rum, du ved perfekt, og aktiveringen kan detekteres både i cellerne på stedet og i cellens netværk.

Nu skal du gå i retning af køkkenet. Der vil være en gruppe af specifikke adresseceller, der nu vil skyde og vil ikke ændre så længe du opretholder en bestemt retning. Forestil dig nu at gå til køkkenet, skal du dreje til højre og krydse en smal korridor. I det øjeblik du tænder, vil dine adresseceller kende det, og et andet sæt adresseceller registrerer den retning, det nu har taget for at aktivere, og de tidligere bliver deaktiveret.

Forestil dig også at korridoren er smal, og enhver falsk bevægelse kan få dig til at ramme væggen, så dine celleceller vil øge din brændhastighed. Jo tættere du kommer til korridorvæggen, desto højere affyringsforhold vil vise dine kantceller. Tænk på kantcellerne som de sensorer, som nogle nye biler har, og det gør et lydsignal, når du manøvrerer til at parkere. Kantcellerne De arbejder på samme måde som disse sensorer, jo tættere er de at kollidere jo mere støj de laver . Når du ankommer til køkkenet, vil dine stedceller have fortalt dig, at det er kommet tilfredsstillende, og da det er et bredere miljø, vil dine kantceller slappe af.

Lad os bare komplicere alt

Det er nysgerrig at tro, at vores hjerne har måder at kende vores position på. Men der er stadig et spørgsmål: Hvordan forene vi deklarative hukommelse med rumnavigation i hippocampus?, Det vil sige, hvordan påvirker vores minder disse kort? Eller kan det være, at vores minder blev dannet fra disse kort? For at forsøge at besvare dette spørgsmål skal vi tænke lidt længere. Andre undersøgelser har påpeget, at de samme celler, der kodeord, som vi allerede har talt om, også kode tiden . Således har der været tale om tidsceller (Eichenbaum, 2014), som ville kode tidenes opfattelse.

Det overraskende ved sagen er det flere og flere beviser støtter ideen om, at stedceller er de samme som tidceller . Derefter kan den samme neuron, der bruger de samme elektriske impulser, kode kode og tid. Forholdet mellem kodning af tid og rum i de samme aktionspotentialer og deres betydning i hukommelsen forbliver et mysterium.

Afslutningsvis: min personlige mening

Min mening om det? Når jeg tager af min videnskabsmands kappe, kan jeg sige det Mennesket er vant til at tænke på den lette mulighed, og vi kan godt lide at tænke, at hjernen taler det samme sprog, som vi . Problemet er, at hjernen giver os en forenklet version af den virkelighed, som han selv behandler. På samme måde som Platons huls skygger. Så som i kvantfysikbarrierer for det, vi forstår som virkeligheden er brudt, opdager vi i neurovidenskaben, at i hjernen er tingene forskellige fra den verden, vi bevidst opfatter, og vi må have et meget åbent sind, at tingene ikke har hvorfor være som vi virkelig opfatter dem.

Det eneste, jeg har klart, er noget, som Antonio Damasio er vant til at gentage meget i sine bøger: hjernen er en stor kortgenerator . Måske tolker hjernen tid og rum på samme måde som at kortlægge vores minder. Og hvis det virker chimerisk for jer, at Einsten i sin relativitetsteori en af de teorier han postulerede var, kunne tiden ikke forstås uden plads og omvendt. Utvivlsomt at opgravere disse mysterier er en udfordring, endnu mere, når de er vanskelige aspekter at studere hos dyr.

Men ingen indsats bør spares på disse spørgsmål. Første af nysgerrighed. Hvis vi studerer universets ekspansion eller de nyligt registrerede tyngdebølger, hvorfor skulle vi ikke studere hvordan vores hjerne fortolker tid og rum? Og for det andet har mange af de neurodegenerative patologier såsom Alzheimers sygdom rumtids-desorientering som første symptomer.Kendskab til de neurofysiologiske mekanismer i denne kodning kunne vi opdage nye aspekter, der vil bidrage til bedre at forstå de sygdomspatologiske forløb og hvem ved, opdage nye farmakologiske eller ikke-farmakologiske mål.

Bibliografiske referencer:

Eichenbaum H. 2014. Tidceller i hippocampus: En ny dimension til kortlægning af minder. Nature 15: 732-742
Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Bane kodning i hippocampus og entorhinal cortex. Neuron 27: 169-178.
Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. Rumlig repræsentation i entorhinal cortex. Science 305: 1258-1264
Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Afskaffelse af langsigtet stabilitet af nye hippocampale stedcellekort ved hjælp af NMDA-receptorblokade. Science 280: 2121-2126.
Monaco JD, Abbott LF. 2011. Modulær justering af gittercelleaktivitet som grundlag for hippocampal remapping. J Neurosci 31: 9414-9425.
O'Keefe J, Speakman A. 1987. Enhedsaktivitet i musens hippocampus under en rumlig hukommelsesopgave. Exp Brain Res 68: 1-27.
Scoville WB, Milner B (1957). Tab af nylig hukommelse efter bilateral hippocampallesion. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.