'Yer hücreleri', beynimizdeki GPS gibi bir şey

Yeni veya bilinmeyen mekanlarda oryantasyon ve keşif, en sık kullandığımız bilişsel fakültelerden biri. Bizi evimizde, mahallemizde, işe gitmek için yönlendirmek için kullanıyoruz..

Bizler için yeni ve bilinmeyen bir şehre giderken de buna güveniyoruz. Araba sürerken bile kullanıyoruz ve muhtemelen okuyucunun oryantasyonunda veya bir arkadaşının dikkatsizliğinin kurbanı olacağı, onu kaybolmaya mahkum eden, araba verene kadar etrafta dolaşmaya zorlanan doğru rota ile.

Oryantasyonun hatası değil, hipokampusun hatası.

Tüm bunlar, bizi sık sık sinirlendiren ve yönelimimizi ya da başkalarının hakaretlerini, bağırışlarını ve çeşitli davranışları olanları lanetlememize neden olan durumlardır. iyi, Bugün oryantasyonun nörofizyolojik mekanizmalarında bir fırça darbesi vereceğim, bizim içinde Beyin GPS bizi anlamak.

Spesifik olmaya başlayacağız: oryantasyonu lanetlememeliyiz, çünkü bu belirli bölgelerdeki nöral aktivitemizin bir ürünü. Bu nedenle, hipokampüsümüze küfrederek başlayacağız..

Beyin yapısı olarak hipokampus

Evrimsel olarak, hipokampus eski bir yapıdır, bu tür kültürümüzde filogenetik olarak daha eski olan yapıların, arkikültürün bir parçasıdır. Anatomik olarak, amigdala gibi başka yapıların da bulunduğu limbik sistemin bir parçasıdır. Limbik Sistem hafızanın morfolojik substratı, duygular, öğrenme ve motivasyon olarak kabul edilir..

Muhtemelen, eğer psikolojiye alışmışsa, hipokampüsün, beyannameli hatıraların birleştirilmesi için gerekli bir yapı olduğunu, yani deneyimlerimizle ya da başkaları ile ilgili anlamsal içerikli hatıraların anlamsal olduğunu bilecektir (Nadel ve O'Keefe, 1972)..

Bunun kanıtı, geçici hemisferleri çıkarılan, yıkıcı bir anterograd amnezi üreten, yani yıkıcı bir anterograd amnezi yaratan popüler bir hasta olan “hasta HM” olgusu hakkında var olan birçok çalışmadır. Ameliyattan önceki hatıralarınızı. Bu durumda daha derine inmek isteyenler için, HM hastasını ayrıntılı olarak inceleyen Scoville ve Millner çalışmalarını (1957) öneriyorum..

Yer Hücreleri: Bunlar nedir??

Şimdiye kadar biz yeni bir şey ya da şaşırtıcı bir şey söylüyoruz. Ancak, 1971’de, tesadüfen beyindeki navigasyon sistemleri araştırmasının başlangıcını üreten bir gerçek keşfedildi. İntrakranial elektrotlar kullanarak O'keefe ve John Dostrovski, Hipokampal spesifik nöronların sıçanlarda aktivitesini kaydedebilir. Bu, farklı davranış testleri gerçekleştirirken, hayvanın uyanık, bilinçli ve serbestçe hareket etmesini sağladı..

Keşfetmeyi beklemedikleri şey, sıçanın bulunduğu bölgeye bağlı olarak seçici bir şekilde tepki veren nöronlar olduğuydu. Her pozisyon için belirli nöronlar olmadığı (örneğin banyonuzda nöron olmadığı), ancak farklı alanlara uyarlanabilecek referans noktaları işaretlenmiş CA1'de (hipokampusun belirli bir bölgesi) hücrelerde gözlendikleri görülmüştür..

Bu hücreler çağrıldı hücreleri yerleştir. Bu nedenle, sık kullandığınız her bir özel alan için bir yer nöronu olmadığı değil, aksine sizi çevrenizle ilişkilendiren referans noktalarıdır; Bu, merkez merkezli navigasyon sistemlerinin nasıl oluşturulduğudur. Yer nöronları ayrıca aralarındaki boşluk unsurlarını ilişkilendirecek ayırıcı navigasyon sistemleri oluşturacak.

Doğrusal programlama - deneyim

Bu keşif, hipokampüsü tanımlayıcı bir öğrenme yapısı olarak gören ve şimdi uzamsal bilgiyi nasıl kodlayabildiğini gören birçok sinirbilimciyi şaşırttı. Bu, hipokampusta çevremizin bir temsilinin ortaya çıkacağını düşündürecek olan “bilişsel haritanın” hipotezini ortaya çıkardı..

Beyin, görsel, işitsel ve somatosensör sinyallerin kodlanması gibi diğer duyusal modaliteler için mükemmel bir harita oluşturucusudur; Hipokampüsün, çevremizin haritalarını oluşturan ve bunlara yönelimimizi güvence altına alan bir yapı olarak düşünmesi mantıksız değildir..

Araştırma daha da ileri gitti ve bu paradigmayı çok farklı durumlarda teste tabi tuttu. Örneğin, labirent görevlerinde yer alan hücrelerin, hayvan hata yaptığında veya nöronun genellikle ateş edeceği bir pozisyondayken ateş ettiği görülmüştür (O'keefe ve Speakman, 1987). Hayvanın farklı alanlardan geçmesi gereken görevlerde, hayvanın nereden geldiğine ve nereye gittiğine bağlı olarak nöronların ateş ettiği görülmüştür (Frank et al., 2000)..

Uzay haritaları nasıl oluşturulur?

Bu alandaki araştırmaya ilgi duyulan ana odak noktalarından bir diğeri, bu uzamsal haritaların nasıl oluştuğuna ilişkin olmuştur. Bir yandan, yer hücrelerinin bir çevreyi keşfettiğimizde edindiğimiz deneyime dayanarak işlevlerini oluşturduğunu düşünebiliriz ya da bunun beyin devrelerinin, yani doğuştan gelen bir bileşen olduğunu düşünebiliriz. Soru henüz net değil ve her iki hipotezi de destekleyen ampirik kanıtlar bulabiliriz..

Bir yandan, çok sayıda hücrenin aktivitesini kaydeden Monaco ve Abbott (2014) deneyleri, bir hayvan yeni bir çevreye yerleştirildiğinde, bu hücrelerin ateş etmeye başlayana kadar birkaç dakika geçtiğini gördü. Normal. Öyleyse, yer haritaları bir şekilde bir hayvanın yeni bir ortama girdiği andan itibaren ifade edilir., ancak deneyim gelecekte bu haritaları değiştirebilir.

Bu nedenle, beyin plastisitesinin mekansal haritaların oluşumunda bir rol oynadığını düşünebiliriz. Sonra, plastisite gerçekten bir rol oynadıysa, farelerin, nörotransmiter glutamatın NMDA reseptörüne - yani, bu reseptörü eksprese etmeyen farelerin - uzamsal haritalar üretmemesine neden olacaklarını; öğrenme.

Plastisite mekansal haritaların korunmasında önemli bir rol oynar

Bununla birlikte, durum böyle değildir ve bu alıcının bloke edilmesi için farelerin farmakolojik olarak tedavi edildiği NMDA reseptörüne veya farelere nakledildiği, yeni veya tanıdık ortamlarda hücrelerin benzer tepki modellerini ifade ettiği görülmüştür. Bu, uzamsal haritaların ifadesinin beyin plastisitesinden bağımsız olduğunu göstermektedir (Kentrol ve diğerleri, 1998). Bu sonuçlar, navigasyon sistemlerinin öğrenmeden bağımsız olduğu hipotezini destekleyecektir..

Her şeye rağmen, mantık kullanılarak, serebral plastisite mekanizmaları, yeni oluşturulan haritaların hafızasındaki stabilite için açıkça gerekli olmalıdır. Öyle olmasaydı, kentinin sokaklarında yürürken oluşturduğu deneyimin kullanımı ne olurdu? Evimize ilk defa girdiğimizde her zaman böyle hissetmez miyiz? Diğer birçok durumda olduğu gibi, hipotezlerin göründüğünden daha tamamlayıcı olduğuna ve bir şekilde, bu işlevlerin doğuştan işleyişine rağmen inanıyorum., Plastisitenin bu mekansal haritaları bellekte tutmada rolü vardır..

Ağ, adres ve kenar hücreleri

Yer hücreleri hakkında konuşmak oldukça soyuttur ve muhtemelen birden fazla okuyucu, hatıralar üreten aynı beyin alanının bize bahsetmek için GPS'e hizmet etmesine şaşırmıştır. Ama biz bitirmedik ve en iyisi henüz gelmedi. Şimdi gerçekten kıvırmak kıvırmak. Başlangıçta, uzay navigasyonunun sadece entorinal korteks gibi bitişik yapıların mekanın bir fonksiyonu olarak çok zayıf aktivasyon gösterdiği görüldüğü zaman hipokampusa bağlı olacağı düşünülmüştü (Frank ve ark. 2000)..

Bununla birlikte, bu çalışmalarda, entorinal korteksin ventral bölgelerinde aktivite kaydedilmiş ve daha sonraki çalışmalarda, hipokampusa daha fazla bağlantıya sahip olan dorsal alanlar kaydedilmiştir (Fyhn ve ark. 2004). Öyleyse Hipokampusa benzer şekilde bu bölgedeki birçok hücrenin pozisyona bağlı olarak ateşlendiği görülmüştür.. Buraya kadar bulunması beklenen sonuçlar var ancak entorinal kortekse girecekleri alanı arttırmaya karar verdiklerinde bir sürprizleri oldu: hayvanın işgal ettiği alana bağlı olarak harekete geçen nöron grupları arasında, görünüşe göre sessiz bölgeler vardı. activadas-. Aktivasyon gösteren bölgeler hemen hemen birleştirildiğinde, altıgenler veya üçgenler şeklinde desenler gözlendi. Entorinal korteksin "kırmızı hücrelerinin" bu nöronlarını çağırdılar..

Kırmızı hücreler keşfedildiğinde, hücrelerin nasıl oluştuğu sorusunu çözmek mümkündü. Hücreler ağ hücrelerinin sayısız bağlantısını yerleştirdikten sonra, onlardan oluştuğunu düşünmek mantıksızdır. Ancak, bir kez daha, işler o kadar basit değildir ve deneysel kanıtlar bu hipotezi doğrulamamıştır. Ağ hücrelerini oluşturan geometrik desenler henüz yorumlanamadı.

Navigasyon sistemleri hipokampusa indirgenmedi

Karmaşıklık burada bitmiyor. Navigasyon sistemlerinin hipokampusa indirgenmediği görülse bile daha az. Bu, araştırmanın sınırlarını diğer beyin alanlarına genişletmeyi mümkün kılarak, hücre ile ilgili diğer hücre türlerini yerinde keşfetti: Direksiyon hücreleri ve kenar hücreleri.

Yönlendirme hücreleri, deneğin hareket ettiği yönü kodlar ve beyin sapının dorsal çekirdek çekirdeğinde bulunur. Öte yandan, kenar hücreleri ateşleme hızlarını artıran hücrelerdir, çünkü denek verilen alanın sınırlarına yaklaşır ve hipokampüsün subikulum-spesifik bölgesinde bulunabilir. Her bir hücre tipinin işlevini özetlemeye çalışacağımız basitleştirilmiş bir örnek sunacağız:

Evinizin yemek salonunda olduğunuzu ve mutfağa gitmek istediğinizi düşünün. Evinizin yemek odasında olduğunuz için, yemek odasında kaldığınız sırada ateş edecek bir oda hücreniz olacak, ancak mutfağa gitmek istediğinizde mutfağı temsil eden başka bir aktif hücreye sahip olacaksınız. Aktivasyon netleşecektir çünkü eviniz mükemmel bir şekilde bildiğiniz bir alandır ve aktivasyon onu hem mekan hücrelerinde hem de hücre ağında tespit edebilecektir..

Şimdi mutfağa doğru yürümeye başla. Artık ateşlenecek ve belirli bir yönü koruduğunuz sürece değişmeyecek bir grup özel adres hücresi olacak. Şimdi, mutfağa gitmek için sağa dönüp dar bir koridordan geçmeniz gerektiğini hayal edin. Döndüğünüz an, adres hücreleriniz bunu bilecek ve bir başka adres hücresi grubu şimdi aktif olan adresi kaydedecek ve öncekiler devre dışı bırakılacaktır..

Koridorun dar olduğunu ve herhangi bir yanlış hareketin duvara vurmanıza neden olabileceğini ve böylece kenar hücrelerinizin ateşleme hızını artıracağını hayal edin. Koridor duvarına ne kadar yaklaşırsanız, pişirme oranı o kadar yüksek olur, kenar hücrelerinizi gösterir. Kenar hücrelerini, bazı yeni otomobillerin sahip olduğu ve parka manevra yaparken sesli bir sinyal veren sensörler olarak düşünün. Kenar hücreleri Bu sensörlere benzer şekilde çalışırlar, ne kadar çok gürültü çıkarırlarsa o kadar yakışırlar.. Mutfağa geldiğinizde, yer hücreleriniz size tatmin edici bir şekilde ulaştığını belirtmiş olacak ve daha geniş bir ortam olduğu için, kenar hücreleriniz gevşeyecek.

Sadece her şeyi karmaşıklaştıralım

Beynimizin konumumuzu bilmenin bir yolu olduğunu düşünmek ilginçtir. Ancak hala bir soru var: Hipokampüsteki bildirimsel belleği yer gezinti ile nasıl bağdaştırabiliriz, yani anılarımız bu haritaları nasıl etkiler? Yoksa anılarımız bu haritalardan oluşturulmuş olabilir mi? Bu soruya cevap vermek için biraz daha düşünmeliyiz.. Diğer çalışmalar, daha önce konuştuğumuz alanı kodlayan hücrelerin aynı zamanda zamanı da kodladığını belirtti.. Böylece, konuşuldu zaman hücreleri (Eichenbaum, 2014) zaman algısını düzenleyen.

Davayla ilgili şaşırtıcı olan şey şu ki Yer hücrelerinin zaman hücreleri ile aynı olduğu fikrini destekleyen daha fazla kanıt. Daha sonra, aynı elektriksel darbeleri kullanan aynı nöron uzay ve zamanı kodlayabilmektedir. Aynı aksiyon potansiyellerinde zaman ve mekan kodlaması ile hafızadaki önemi arasındaki ilişki gizemli kalıyor.

Sonuç olarak: benim kişisel görüşüm

Bu konuda fikrim? Bilim adamımın cüppesini alarak, şunu söyleyebilirim. insan, kolay seçenek hakkında düşünmeye alışkındır ve beynin bizimle aynı dili konuştuğunu düşünmeyi severiz. Sorun, beynin bize kendisi tarafından işlenen gerçekliğin basitleştirilmiş bir versiyonunu sunmasıdır. Plato mağarasının gölgelerine benzer bir şekilde. Yani, kuantum fiziğinde olduğu gibi, gerçeklik olarak anladıklarımızın engelleri kırılıyor, sinirbilimde, beyindeki şeylerin bilinçli olarak algıladığımız dünyadan farklı olduğunu ve şeylerin sahip olmadığı konusunda çok açık bir zihnimiz olması gerektiğini keşfettik. neden onları gerçekten algıladığımız gibi ol.

Anladığım tek şey Antonio Damasio'nun kitaplarında çok fazla tekrarlamaya alışkın olduğu bir şey: beyin harika bir harita üreticisidir. Belki de beyin zaman ve mekanı aynı şekilde anılarımızı eşlemek için yorumluyor. Ve eğer kimerik görünüyorsa, Einsten’in görelilik teorisinde öne sürdüğü teorilerden birinin, o zamanın boşluk olmadan anlaşılamayacağını ve bunun tersi olduğunu düşünün. Kuşkusuz bu gizemleri çözmek, hayvanlarda çalışmak zor yönleri olduğunda, daha da zor bir iştir..

Ancak, bu konularda hiçbir çaba sarf edilmemelidir. Meraktan ilk. Evrenin genişlemesini ya da yakın zamanda kaydedilen yerçekimi dalgalarını incelersek, neden beynimizin zaman ve mekanı nasıl yorumladığını incelemiyoruz? İkincisi, Alzheimer hastalığı gibi nörodejeneratif hastalıkların birçoğunun ilk semptomları olarak uzay-zaman oryantasyon bozukluğu vardır. Bu kodlamanın nörofizyolojik mekanizmalarını bilerek, bu hastalıkların patolojik seyrini daha iyi anlamaya yardımcı olacak ve yeni farmakolojik veya farmakolojik olmayan hedefler bulup bulmayacağımızı bilen yeni yönleri keşfedebiliriz..

Bibliyografik referanslar:

• Eichenbaum H. 2014. Hipokampustaki zaman hücreleri: anıları haritalamak için yeni bir boyut. Doğa 15: 732-742
• Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Hipokampus ve entorinal kortekste kodlayan yörünge. Neuron 27: 169-178.
• Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. Entorinal kortekste mekansal temsil. Science 305: 1258-1264
• Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Yeni hipokampal yer hücre haritalarının uzun süreli stabilitesinin NMDA reseptör blokajı ile kaldırılması. Science 280: 2121-2126.
• Monaco JD, Abbott LF. 2011. Hipokampal yeniden kaplamanın temeli olarak grid hücre aktivitesinin modüler yeniden düzenlenmesi. J Neurosci 31: 9414-9425.
• O'Keefe J, Speakman A. 1987. Mekansal bellek görevi sırasında fare hipokampüsünde tek birim aktivite. Exp Brain Res 68: 1 -27.
• Scoville WB, Milner B (1957). Bilateral hipokampallesyon sonrası yakın zamandaki hafıza kaybı. J Neurol Neurosurg Psikiyatri 20: 11-21.