'Cellerne', noget som vores hjerne GPS

Orientering og udforskning i nye eller ukendte rum er en af ​​de kognitive fakulteter, vi bruger oftest. Vi bruger det til at guide os i vores hus, vores kvarter, for 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 læseren på et tidspunkt vil have været offer for en forglemmelse i deres orientering eller en af ​​kollega / en, som vil blive dømt til at være tabt, og blev tvunget til at dreje bilen til at give med den rigtige rute.

Det er ikke orienteringsfejlen, det er hippocampus'ens fejl

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

Vi vil begynde at være specifikke: Vi bør ikke forbande orienteringen, da dette 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. Limbic systemet betragtes som det morfologiske substrat af hukommelse, følelser, læring og motivation.

Læseren kan Hvis du er fortrolig med psykologi ved, at hippocampus er en struktur er nødvendig for at konsolidere deklarative erindringer, dvs. de minder med episodisk indhold om vores erfaringer, eller semantisk (O'Keefe og Nadel, 1972).

Beviset på dette er de mange undersøgelser, der findes på den populære tilfælde af "patient HM," en patient, som havde fjernet ham både tid halvkugler, der producerer en ødelæggende anterograd amnesi, der er, kunne han ikke udenad nye kendsgerninger, men beholdt de fleste af dine minder fra før operationen. For dem, der ønsker at uddybe dette tilfælde anbefaler Scoville undersøgelser og Millner (1957) til grundigt studeret patienten HM.

Stedcellerne: Hvad er de??

Hidtil siger vi ikke noget nyt eller noget overraskende. Men det var i 1971, da en tilfældighed, der genererede starten af ​​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 placeret. Ikke eksisterede specifikke neuroner til hver position (der er en neuron til badeværelse, for eksempel), men blev observeret i CA1 (en bestemt region af hippocampus) Celler markeret referencepunkter, der kunne tilpasse sig 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, der 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 generator af kort til andre sensoriske modaliteter som 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. Vi har set, for eksempel placere celler i labyrinten opgaver udløst, når dyret begår fejl, eller når i en position, hvor neuron normalt vænne sig til at skyde (O'Keefe og Speakman, 1987). I opgaver, hvor dyret skal bevæge sig gennem forskellige rum, er det blevet set, at stedne neuroner skyder afhængigt af hvor dyret kommer fra og hvor det går (Frank et al., 2000).

Hvordan plads kort er dannet

Et andet af hovedfokuserne for forskningsinteresse på dette område har været på hvordan disse rumlige kort er dannet. På den ene side har vi måske tror sted celler bestemme deres funktion baseret på erfaringerne modtog vi, når vi udforske et miljø, eller vi måske tror, ​​er en underliggende vore hjernens kredsløb, dvs. medfødte komponent. Spørgsmålet er endnu ikke klart, og vi kan finde empiriske beviser, der understøtter begge hypoteser.

På den ene side eksperimenter Monaco og Abbott (2014), som er optaget af aktiviteten af ​​et stort antal celler snarere har set, at når et dyr er anbragt i et nyt miljø tager flere minutter, indtil disse celler begynder fyres med normal. Så da, 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 plasticitet virkelig forventer at spille en rolle, at NMDA-receptor knockout-mus neurotransmitter glutamat-, der siger, mus, som ikke udtrykker dette receptor ikke generere rumlige kort, fordi denne receptor spiller en afgørende 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, der er blevet behandlet farmakologisk for at blokere denne receptor, udtrykke lignende mønstre af respons fra cellerne i nye eller velkendte 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 skal mekanismerne af cerebral plasticitet være tydeligt nødvendige for stabiliteten i hukommelsen til kort for nylig 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 kommer 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, på trods af 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 har været 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 studier 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. Her er resultater forventes at finde, men da de besluttede at øge arealet, der ville registrere i entorhinal cortex havde en overraskelse: blandt grupper af neuroner, der aktiveres afhængigt af den plads, der optages af dyret var tilsyneladende tavse -at områder, der ikke var 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 at udvide grænserne for forskning i at opdage andre områder i hjernen, dermed, andre typer af celler relateret til sted celler: 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, idet 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 celle, der repræsenterer køkkenet. Aktivering vil være klar, fordi dit hus er et rum, du ved perfekt, og aktiveringen vil vi kunne opdage 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 skal 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 adresse, der nu er blevet aktiveret, og de tidligere bliver deaktiveret.

Forestil dig også, at korridoren er smal, og enhver falsk bevægelse kan få dig til at ramme muren, så dine celleceller vil øge din fyringsrate. 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 de er at kollidere jo mere støj de laver. Når du ankommer til køkkenet, vil dine stedceller have angivet, at det er ankommet 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 prøve at besvare dette spørgsmål må vi tænke lidt længere. Andre undersøgelser har påpeget, at de samme celler som kodeord, som vi allerede har talt om, også kode tiden. Således har der været tale om tidsceller (Eichenbaum, 2014), som ville kodificere opfattelsen af ​​tid.

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

Afslutningsvis: min personlige mening

Min mening om det? Når jeg tager min videnskabsmands kappe ud, kan jeg sige det Mennesket er vant til at tænke på den lette mulighed, og vi kan godt lide at tro at hjernen taler det samme sprog som os. Problemet er, at hjernen giver os en forenklet version af virkeligheden, som han selv behandler. På samme måde som Platons huls skygger. Således, som i kvante fysik grænserne for, hvad vi forstår som virkelighed pause i neurovidenskab opdagede vi, at i hjernen ting er forskellige fra den verden, vi opfatter bevidst, og vi skal være meget åbent sind til tingene 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 for at kortlægge vores minder. Og hvis det virker chimerisk, mener Einstein i sin relativitetsteori, at en af ​​de teorier han postulerede var, at tiden ikke kunne forstås uden plads og omvendt. Utvivlsomt at opgrave disse mysterier er en udfordring, endnu mere, når de er vanskelige aspekter at studere hos dyr.

Men ingen indsats bør spares på disse problemer. Første af nysgerrighed. Hvis vi studerer universets ekspansion eller de nyligt registrerede gravitationsbølger, hvorfor skulle vi ikke studere hvordan vores hjerne fortolker tid og rum? Og for det andet har mange af de neurodegenerative sygdomme som Alzheimers sygdom rumtids-desorientering som første symptomer. Kendskab til den neurofysiologiske mekanisme af denne kodning vi kunne opdage nye måder at hjælpe bedre at forstå den patologiske forløbet af disse sygdomme og, hvem ved, hvis du 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.