Stanične stanice, nešto poput našeg mozga

Orijentacija i istraživanje u novim ili nepoznatim prostorima jedna je od kognitivnih sposobnosti koje najčešće koristimo. Koristimo ga da nas vodi u našoj kući, u našem susjedstvu, da idemo na posao.

I mi ovisimo o tome kada putujemo u novi i nepoznati grad za nas. Koristimo ga čak i kada vozimo i, možda, čitatelj će biti žrtva nepažnje u njegovoj orijentaciji ili u društvu pratioca, koji će ga osuditi da se izgubi, prisilivši se da se kreće okolo s automobilom dok ne da s pravom rutom.

Nije krivica orijentacije, to je krivica hipokampusa

Sve su to situacije koje nas često frustriraju i koje nas navode da proklinjemo našu orijentaciju ili orijentaciju drugih uvredama, povicima i različitim ponašanjima. dobro, Danas ću dati potez kistom u neurofiziološkim mehanizmima orijentacije, u našem GPS za mozak da nas razumiju.

Počećemo biti specifični: ne smijemo proklinjati orijentaciju jer je to samo proizvod naše neuronske aktivnosti u određenim regijama. Stoga ćemo početi s proklinjanjem našeg hipokampusa.

Hipokampus kao struktura mozga

Hipokampus je evolutivno drevna građevina, dio je arquiculture, tj. Onih struktura koje su filogenetski starije kod naših vrsta. Anatomski je dio limbičkog sustava, u kojem se nalaze i druge strukture kao što je amigdala. Limbički sustav smatra se morfološkim supstratom sjećanja, emocija, učenja i motivacije.

Čitatelj će možda, ako je naviknut na psihologiju, znati da je hipokampus nužna struktura za konsolidaciju deklarativnih sjećanja, tj. S onim uspomenama s epizodnim sadržajem o našim iskustvima ili na druge, semantičke (Nadel i O'Keefe, 1972).

Dokaz za to su brojne studije koje postoje o popularnom slučaju "pacijenta HM", pacijenta čije su temporalne hemisfere bile uklonjene, izazivajući razornu anterogradnu amneziju, odnosno, nije mogao zapamtiti nove činjenice iako je zadržao većinu uspomena prije operacije. Za one koji žele ići dublje u ovom slučaju, preporučujem studije Scovillea i Millnera (1957.) koje su iscrpno proučavale pacijenta s HM-om..

Stanice mjesta: što su one??

Do sada ne govorimo ništa novo, niti nešto iznenađujuće. No, to je bilo 1971. kada je slučajno otkrivena činjenica koja je potaknula početak proučavanja navigacijskih sustava u mozgu. O'keefe i John Dostrovski, koristeći intrakranijalne elektrode, može zabilježiti aktivnost neurona specifičnih za hipokampus u štakora. To je pružilo mogućnost da je tijekom obavljanja različitih testova ponašanja, životinja bila budna, svjesna i slobodno se kretala.

Ono što nisu očekivali da otkriju bilo je da postoje neuroni koji su selektivno reagirali ovisno o području na kojem se nalazio štakor. Nije da u svakom položaju postoje određeni neuroni (na primjer, ne postoji neuron za vašu kupaonicu), ali da su oni promatrani u CA1 (specifična regija hipokampusa) stanica koje su označavale referentne točke koje se mogu prilagoditi različitim prostorima..

Te su stanice nazvane mjesto stanica. Dakle, nije da postoji neuron mjesta za svaki specifični prostor koji vi često posjećujete, već su to referentne točke koje vas povezuju s vašom okolinom; Tako nastaju egocentrični navigacijski sustavi. Mjesta neurona također će formirati alocentrične navigacijske sustave koji će povezati elemente prostora između njih.

Urođeno programiranje vs iskustvo

Ovo otkriće zbunilo je mnoge neuroznanstvenike koji su hipokampus smatrali deklarativnom strukturom učenja i sada su vidjeli kako je u stanju kodirati prostorne informacije. To je dovelo do hipoteze o "kognitivnoj karti" koja bi mogla pretpostaviti da bi prikaz našeg okoliša bio generiran u hipokampusu..

Kao što je mozak izvrstan generator karata za druge senzorne modalitete kao što je kodiranje vizualnih, slušnih i somatosenzornih signala; Nije nerazumno misliti o hipokampusu kao o strukturi koja generira karte našeg okoliša i koja jamči našu orijentaciju u njima.

Istraživanje je otišlo dalje i stavilo je ovu paradigmu na test u vrlo različitim situacijama. Primijećeno je, na primjer, da stanice mjesta u zadacima labirinta pucaju kada životinja pogriješi ili kada je u položaju u kojem bi neuron obično pucao (O'keefe i Speakman, 1987). U zadacima u kojima se životinja mora kretati kroz različite prostore, uočeno je da se neuroni ubijaju ovisno o tome odakle dolazi životinja i kamo ide (Frank et al., 2000)..

Kako se stvaraju svemirske karte

Još jedan od glavnih fokusa istraživačkog interesa na ovom području je kako se formiraju te prostorne mape. S jedne strane mogli bismo misliti da stanice stanice uspostavljaju svoju funkciju na temelju iskustva koje primamo kada istražujemo okolinu, ili bismo mogli misliti da je ona temeljna komponenta naših moždanih krugova, tj. Urođena. Pitanje još nije jasno i možemo pronaći empirijske dokaze koji podupiru obje hipoteze.

S jedne strane, eksperimenti Monaca i Abbotta (2014), koji su zabilježili aktivnost velikog broja stanica na mjestu, pokazali su da kada se životinja smjesti u novu okolinu, prođe nekoliko minuta dok te stanice ne počnu pucati normalna. Dakle, onda, Karte mjesta bit će na neki način izražene od trenutka ulaska životinje u novu okolinu, ali iskustvo bi izmijenilo ove karte u budućnosti.

Stoga možemo misliti da plastičnost mozga igra ulogu u formiranju prostornih karata. Onda, ako plastičnost stvarno igra ulogu, očekujemo da miševi nokautiraju NMDA receptor neurotransmitera glutamata - to jest, miševa koji ne eksprimiraju taj receptor - ne stvaraju prostorne karte jer taj receptor ima temeljnu ulogu u plastičnosti mozga i učenje.

Plastičnost igra važnu ulogu u održavanju prostornih karata

Međutim, to nije slučaj, i uočeno je da miševi koji nokautiraju NMDA receptor ili miševe koji su tretirani farmakološki da blokiraju ovaj receptor, izražavaju slične obrasce odgovora stanica u novim ili poznatim okruženjima. To sugerira da je ekspresija prostornih mapa neovisna o plastičnosti mozga (Kentrol et al., 1998). Ovi rezultati podržavaju hipotezu da su navigacijski sustavi neovisni o učenju.

Unatoč svemu, pomoću logike, mehanizmi cerebralne plastičnosti moraju biti jasno nužni za stabilnost u sjećanju nedavno formiranih karata. I, da nije tako, kakvo bi bilo iskorištavanje tog iskustva koje bi se stvorilo hodanjem ulicama njegova grada? Ne bismo li uvijek imali osjećaj da je to prvi put da ulazimo u našu kuću? Vjerujem da su, kao iu mnogim drugim prilikama, hipoteze više komplementarne nego što se čine i, na neki način, unatoč urođenom funkcioniranju tih funkcija, plastičnost ima ulogu u održavanju tih prostornih mapa u memoriji.

Mreža, adresa i rubne ćelije

Sasvim je apstraktno govoriti o staničnim stanicama, a možda je i više od jednog čitatelja iznenađeno što nam isto područje mozga koje generira sjećanja služi nam, da tako kažem, GPS-u. Ali nismo završili i najbolje tek dolazi. Sada ćemo se uvijati. U početku se smatralo da će svemirska navigacija ovisiti isključivo o hipokampusu kada se vidi da susjedne strukture, kao što je entorhinalni korteks, pokazuju vrlo slabu aktivaciju kao funkciju prostora (Frank et al., 2000)..

Međutim, u tim je studijama zabilježena aktivnost u ventralnim područjima entorhinalnog korteksa, au kasnijim istraživanjima zabilježena su dorzalna područja koja imaju veći broj veza s hipokampusom (Fyhn i sur., 2004). Dakle, onda primijećeno je da mnoge stanice ovog područja ispaljuju ovisno o položaju, slično hipokampusu. Do sada su očekivani rezultati, ali kad su odlučili povećati područje koje bi registrirali u entorhinalnom korteksu, imali su iznenađenje: među skupinama neurona koji su aktivirani ovisno o prostoru koji je živjela životinja, bilo je očito tihih zona - to jest, nisu bile activadas-. Kada su regije koje su pokazale aktivaciju virtualno spojene, uočeni su obrasci u obliku šesterokuta ili trokuta. Nazvali su te neurone entorhinalnog korteksa "crvenim krvnim stanicama".

Kada su otkrivene crvene stanice, bilo je moguće riješiti pitanje kako nastaju stanice. Budući da stanice postavljaju brojne veze mrežnih stanica, nije nerazumno misliti da se one formiraju od njih. Međutim, još jednom, stvari nisu tako jednostavne i eksperimentalni dokazi nisu potvrdili ovu hipotezu. Geometrijski uzorci koji tvore mrežne ćelije još se nisu mogli interpretirati.

Navigacijski sustavi nisu svedeni na hipokampus

Složenost se ovdje ne završava. Još manje kada se vidi da se navigacijski sustavi ne svodi na hipokampus. To je omogućilo proširenje granica istraživanja na druga područja mozga, čime se otkrivaju druge vrste stanica koje se odnose na stanice: Upravljačke ćelije i rubne stanice.

Upravljačke ćelije bi kodirale smjer u kojem se subjekt kreće i nalazio bi se u dorzalnom tegmentalnom jezgru moždanog debla. S druge strane, rubne stanice su stanice koje povećavaju brzinu okidanja budući da se subjekt približava granicama određenog prostora i može se naći u području specifičnom za hipokampus. Ponudit ćemo pojednostavljeni primjer u kojem ćemo pokušati sažeti funkciju svake vrste ćelije:

Zamislite da ste u blagovaonici svoje kuće i da želite ići u kuhinju. Budući da se nalazite u blagovaonici svoje kuće, imat ćete sobu u kojoj ćete pucati dok boravite u blagovaonici, ali budući da želite ići u kuhinju, imat ćete još jednu aktiviranu ćeliju koja predstavlja kuhinju. Aktivacija će biti jasna jer je vaša kuća prostor za koji znate savršeno i aktivacija koju ćemo moći otkriti iu stanicama mjesta iu mreži stanica..

Sad kreni prema kuhinji. Postojat će grupa specifičnih adresnih ćelija koje će sada biti ispaljivane i neće se mijenjati sve dok održavate određeni smjer. Sada, zamislite da odete u kuhinju morate skrenuti desno i preći uski hodnik. U trenutku kad se okrenete, ćelije adrese će to znati, a drugi skup adresa adresa će registrirati adresu koja je sada aktivirana, a prethodne će biti deaktivirane..

Zamislite i da je hodnik uski i da svaki lažni pokret može uzrokovati da udarite o zid, tako da će vaše rubne stanice povećati brzinu okidanja. Što se više približavate zidu hodnika, to će viši stupanj pucanja pokazati vaše rubne stanice. Zamislite rubne stanice kao senzore koje neki novi automobili imaju i koji daju zvučni signal kada se manevrirate parkiranjem. Rubne stanice oni rade na sličan način kao ovi senzori, što su bliže sudarima s više buke koju proizvode. Kada stignete u kuhinju, vaše stanice će vam pokazati da je stiglo na zadovoljavajući način i budući da je to šira okolina, vaše rubne stanice će se opustiti.

Hajde da sve zakompliciramo

Zanimljivo je misliti da naš mozak ima načina da poznaje naš položaj. No još uvijek se postavlja pitanje: kako uskladiti deklarativnu memoriju sa svemirskom navigacijom u hipokampusu ?, tj. Kako naša sjećanja utječu na te karte? Ili je moguće da su naša sjećanja nastala na ovim kartama? Da bismo pokušali odgovoriti na to pitanje, moramo razmisliti malo dalje. Druge studije ukazuju da iste stanice koje kodiraju prostor, o kojima smo već govorili, također kodiraju vrijeme. Tako se govorilo vremenske stanice (Eichenbaum, 2014) koja bi kodificirala percepciju vremena.

Ono što je iznenađujuće u slučaju je to sve više dokaza koji podupiru ideju da su stanice mjesta iste kao i vremenske stanice. Zatim, isti neuron koji koristi iste električne impulse sposoban je kodirati prostor i vrijeme. Odnos između kodiranja vremena i prostora u istim akcijskim potencijalima i njihove važnosti u pamćenju ostaje otajstvo.

U zaključku: moje osobno mišljenje

Moje mišljenje o tome? Skinuo sam haljinu znanstvenika, mogu to reći čovjek je navikao razmišljati o jednostavnoj opciji i volimo misliti da mozak govori istim jezikom kao i mi. Problem je u tome što nam mozak nudi pojednostavljenu verziju stvarnosti koju on sam obrađuje. Na način sličan sjenama Platonove špilje. Dakle, kao što su u kvantnoj fizici razbijene barijere onoga što razumijemo kao stvarnost, u neuroznanosti otkrivamo da se u mozgu stvari razlikuju od svijeta koje svjesno percipiramo i moramo imati vrlo otvoren um da stvari nemaju zašto smo kao što ih doista opažamo.

Jedino što mi je jasno jest nešto što je Antonio Damasio navikao često ponavljati u svojim knjigama: mozak je veliki generator karata. Možda mozak interpretira vrijeme i prostor na isti način kako bi mapirao naša sjećanja. I ako se čini kimeričnim, smatrajte da je Einsten u svojoj teoriji relativnosti jedna od teorija koje je postavio, da se vrijeme ne može shvatiti bez prostora, i obrnuto. Nesumnjivo razotkrivanje tih misterija je izazov, pogotovo kada su teški aspekti učenja na životinjama.

Međutim, ne treba se štedjeti na tim pitanjima. Najprije radoznalosti. Ako proučavamo širenje svemira ili nedavno zabilježene gravitacijske valove, zašto ne bismo proučili kako naš mozak interpretira vrijeme i prostor? Drugo, mnoge od neurodegenerativnih bolesti kao što je Alzheimerova bolest imaju prostorno-vremensku dezorijentaciju kao prve simptome. Poznavajući neurofiziološke mehanizme ovog kodiranja, mogli bismo otkriti nove aspekte koji će pomoći u boljem razumijevanju patološkog tijeka ovih bolesti i, tko zna, treba li otkriti nove farmakološke ili nefarmakološke ciljeve..

Bibliografske reference:

• Eichenbaum H. 2014. Vremenske stanice u hipokampusu: nova dimenzija za mapiranje sjećanja. Nature 15: 732-742
• Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Šifriranje putanje u hipokampusu i entorhinalnom korteksu. Neuron 27: 169-178.
• Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. Prostorni prikaz u entorhinalnom korteksu. Science 305: 1258-1264
• Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. Ukidanje dugoročne stabilnosti novih mapa stanica hipokampusa pomoću blokade NMDA receptora. Science 280: 2121-2126.
• Monaco JD, Abbott LF. 2011. Modularna prilagodba aktivnosti stanične mreže kao osnova za remapiranje hipokampusa. J Neurosci 31: 9414-9425.
• O'Keefe J, Speakman A. 1987. Jedinstvena aktivnost u mišjem hipokampusu tijekom zadatka prostorne memorije. Exp Brain Res 68: 1 -27.
• Scoville WB, Milner B (1957). Gubitak nedavnog pamćenja nakon bilateralne hipokampalije. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.