Celulele locului, ceva asemănător GPS-ului creierului nostru

Orientarea și explorarea în spații noi sau necunoscute este una dintre facultățile cognitive pe care le folosim cel mai adesea. Îl folosim ca să ne călăuzească în casa noastră, cartierul nostru, să mergem la muncă.

De asemenea depindem de aceasta atunci când călătorim într-un oraș nou și necunoscut pentru noi. Noi le folosim chiar și atunci când ne conduce și, eventual, cititorul la un moment dat va fi fost victima unei supravegheri în orientarea lor sau a unui coleg / a, care va fi sortit să fie pierdut și a fost forțat să se rotească masina pentru a da cu calea cea bună.

Nu este vina orientării, e vina hipocampului

Toate acestea sunt situații care ne împiedică deseori și care ne fac să blestemăm orientarea noastră sau cea a altora cu insulte, strigăte și diverse comportamente. bine, pentru că astăzi voi da un brushstroke în mecanismele neurofiziologice de orientare, în nostru Brain GPS să ne înțelegem.

Vom începe prin a fi specifici: nu ar trebui să blestemăm orientarea, deoarece este doar un produs al activității noastre neurale în anumite regiuni. Prin urmare, vom începe prin blestemarea hipocampului nostru.

Hipocampul ca structură a creierului

Evolutiv, hipocampul este o structură antică, face parte din arquiculture, adică acele structuri care sunt mai vechi filogenetic în specia noastră. Din punct de vedere anatomic, face parte din sistemul limbic, în care se găsesc și alte structuri, cum ar fi amigdala. Sistemul Limbic este considerat substratul morfologic al memoriei, emoțiilor, învățării și motivației.

Cititorul poate Dacă sunteți familiarizat cu psihologia stiu ca hipocampul este o structură necesară pentru consolidarea amintiri declarative, adică acele amintiri cu conținut episodic despre experiențele noastre sau, semantice (O'Keefe și Nadel, 1972).

Dovadă sunt numeroase studii care exista pe populara cazul „pacientului HM“, un pacient care l-au îndepărtat ambele emisfere de timp, producând o amnezie anterogradă devastator, care este, el nu a putut memorezi noi fapte, dar a păstrat cele mai multe din amintirile tale de dinainte de operatie. Pentru cei care vor să meargă mai adânc în acest caz, recomand studiile lui Scoville și Millner (1957) care au studiat în mod exhaustiv pacientul HM.

Celulele locului: ce sunt ele?

Până acum nu spunem nimic nou sau ceva surprinzător. Dar în 1971 a fost descoperit întâmplător un fapt care a generat începutul studiului sistemelor de navigație în creier. O'keefe și John Dostrovski, folosind electrozi intracranieni, ar putea înregistra activitatea neuronilor specifici hipocampului la șobolani. Aceasta a oferit posibilitatea ca, în timp ce efectuați teste comportamentale diferite, animalul să fi trezit, conștient și să se miște liber.

Ceea ce nu se așteptau să descopere era că există neuroni care răspundeau în mod selectiv, în funcție de zona în care era șobolanul. Nu a existat neuroni specifice pentru fiecare poziție (există un neuron pentru baie, de exemplu), dar au fost observate în CA1 (o regiune a hipocampusului) celule marcate puncte de referință care ar putea adapta la diferite spații.

Aceste celule au fost chemați plasați celulele. Prin urmare, nu este faptul că există un neuron de loc pentru fiecare spațiu specific pe care îl frecventezi, ci mai degrabă sunt puncte de referință care te raportează la mediul tău; Astfel se formează sistemele de navigație egocentrice. Neuronii locali vor forma, de asemenea, sisteme de navigație alocentrice care vor lega elementele spațiului dintre ele.

Programare inovatoare vs. experiență

Această descoperire a perplexat mulți neurologi care au considerat hipocampul ca o structură declarativă de învățare și acum au văzut cum a putut să codifice informații spațiale. Aceasta a dus la ipoteza "hărții cognitive" care ar postula că o reprezentare a mediului nostru ar fi generată în hipocampus.

Așa cum creierul este un generator excelent de hărți pentru alte modalități senzoriale, cum ar fi codarea semnalelor vizuale, auditive și somatosenzoriale; nu este nerezonabil să ne gândim la hipocamp ca o structură care generează hărți ale mediului nostru și care garantează orientarea noastră în ele.

Cercetarea a mers mai departe și a pus această paradigmă la încercare în situații foarte diferite. Am văzut, de exemplu, celule loc în sarcinile labirint declanșat atunci când animalul face greșeli sau atunci când într-o poziție în care neuronul primi, de obicei folosit pentru a trage (O'Keefe și Speakman, 1987). În sarcinile în care animalul trebuie să se deplaseze prin spații diferite, s-a văzut că neuronii locului trag în funcție de locul în care animalul provine și unde se îndreaptă (Frank et al., 2000).

Cum se formează hărțile spațiale

Un alt accent principal al interesului cercetării în acest domeniu a fost modul în care se formează aceste hărți spațiale. Pe de o parte, am putea crede că celulele locului își stabilesc funcția pe baza experienței pe care o primim atunci când explorăm un mediu sau, credem că este o componentă care stă la baza circuitelor creierului nostru, adică înnăscute. Întrebarea nu este încă clară și putem găsi dovezi empirice care susțin ambele ipoteze.

Pe de o parte, experimentele de la Monaco și Abbott (2014), care au înregistrat activitatea unui număr mare de celule, au văzut că atunci când un animal este plasat într-un mediu nou, trece câteva minute până când aceste celule încep să tragă cu normale. Deci, atunci, locurile de hartă ar fi exprimate, într-un fel, din momentul în care un animal intră într-un mediu nou, dar experiența ar modifica aceste hărți în viitor.

Prin urmare, am putea crede că plasticitatea creierului joacă un rol în formarea hărților spațiale. Apoi, în cazul în care plasticitatea se așteaptă într-adevăr să joace un rol pe care șoarecii knock-out receptorilor NMDA-glutamat neurotransmițător care spun, șoarecii care nu exprimă acest lucru nu generează hărți spațiale cu receptor, deoarece acest receptor joacă un rol critic în plasticitatea creierului și învățare.

Plasticitatea joacă un rol important în menținerea hărților spațiale

Cu toate acestea, nu este, și sa constatat că knock-out receptorilor NMDA șoarecii sau șoarecii care au tratat farmacologic pentru a bloca acest receptor, exprimat modele de răspuns celule loc similare în medii noi sau acasă. Acest lucru sugerează că expresia hărților spațiale este independentă de plasticitatea cerebrală (Kentrol și colab., 1998). Aceste rezultate ar susține ipoteza că sistemele de navigație sunt independente de învățare.

Cu toate acestea, folosind logica, mecanismele de plasticitate cerebrală trebuie să fie clar necesare pentru stabilitatea în memoria hărților recent formate. Și dacă nu ar fi așa, care ar fi folosirea experienței pe care o formează prin umblarea pe străzile orașului? N-am avea întotdeauna sentimentul că este prima dată când am intrat în casa noastră? Cred că, în multe alte ocazii, ipotezele sunt mai complementare decât par și, într-un fel, în ciuda funcționării înnăscute a acestor funcții, plasticitatea are un rol de jucat în menținerea acestor hărți spațiale în memorie.

Rețea, adresă și celule de margine

Este destul de abstract să vorbim despre celulele locului și, eventual, mai mult de un cititor a fost surprins de faptul că aceeași zonă a creierului care generează amintiri servește, ca să spunem așa, GPS-ului. Dar nu suntem terminați și cel mai bun este încă de vină. Acum haideți să îndoiți curlul într-adevăr. Inițial, sa crezut ca spațiu de călătorie ar depinde numai de hipocampus, când sa văzut că adiacent cortexul entorhinal ca structurile au aratat o activare foarte slabă pe un spațiu (Frank et al., 2000).

Cu toate acestea, în aceste studii activitatea a fost înregistrată în zonele ventrale cortexul entorinală și în studiile ulterioare dorsala zonele care au mai multe conexiuni la hipocampus au fost înregistrate (Fyhn et al., 2004). Deci, atunci sa observat că multe celule ale acestei regiuni s-au ars în funcție de poziția lor, similar cu hipocampul. Aici sunt rezultatele așteptate să găsească, dar atunci când au decis să mărească suprafața pe care s-ar înregistra în cortexul entorhinal a avut o surpriza: între grupurile de neuroni, care sunt activate în funcție de spațiul ocupat de animale au fost aparent tăcut -Asta zone nu au fost activadas-. Atunci când regiunile care au prezentat activarea au fost practic îmbinate, modelele au fost observate sub formă de hexagoane sau triunghiuri. Ei au numit acești neuroni ai cortexului entorhinal "celule roșii".

Atunci când celulele roșii au fost descoperite, a fost posibil să se rezolve problema modului în care se formează celulele. Având celulele pune numeroase conexiuni ale celulelor de rețea, nu este nerezonabil să credem că ele sunt formate din ele. Cu toate acestea, din nou, lucrurile nu sunt atât de simple, iar dovezile experimentale nu au confirmat această ipoteză. Modelele geometrice care formează celulele de rețea nu au putut fi interpretate încă.

Sistemele de navigație nu se reduc la hipocamp

Complexitatea nu se termină aici. Chiar mai puțin atunci când s-a văzut că sistemele de navigație nu sunt reduse la hipocampus. Acest lucru a făcut posibilă extinderea limitelor cercetării la alte zone ale creierului, descoperind astfel alte tipuri de celule legate de celulele locului: Celule de ghidare și celule de margine.

Celulele de direcție ar codifica direcția în care subiectul se mișcă și ar fi localizat în nucleul tegmental dorsal al trunchiului. Pe de altă parte, celulele de margine sunt celule care măresc rata de aprindere pe măsură ce subiectul se apropie de limitele unui spațiu dat și poate fi găsit în regiunea specifică a subtipului hipocampului. Vom oferi un exemplu simplificat în care vom încerca să rezumăm funcția fiecărui tip de celulă:

Imaginați-vă că vă aflați în sala de mese a casei dvs. și că doriți să mergeți la bucătărie. Din moment ce vă aflați în sala de mese a casei dvs., veți avea o celulă de cameră care va declanșa în timp ce rămâneți în sala de mese, dar din moment ce doriți să mergeți la bucătărie, veți avea și o altă celulă de camere activată care reprezintă bucătăria. Activarea va fi clară deoarece casa dvs. este un spațiu pe care îl cunoașteți perfect și activarea poate fi detectată atât în ​​celulele locului cât și în rețeaua celulelor.

Acum, începeți să mergeți la bucătărie. Va exista un grup de celule de adrese specifice, care vor fi acum arse și nu se vor schimba atâta timp cât vă mențineți o anumită direcție. Acum, imaginați-vă că pentru a merge la bucătărie trebuie să virați drept și să traversați un coridor îngust. În momentul în care vă întoarceți, celulele dvs. de adrese o vor cunoaște și un alt set de celule de adrese va înregistra adresa care a fost activată acum, iar cele anterioare vor fi dezactivate.

Imaginați-vă, de asemenea, că coridorul este îngust și că orice mișcare falsă vă poate face să vă loviți de perete, astfel încât celulele de margine vor crește rata de ardere. Cu cât vă apropiați mai mult de peretele coridorului, cu atât mai mare ar fi raportul de ardere cu celulele de margine. Gândiți-vă la celulele de margine ca la senzorii pe care niște autoturisme noi le au și care fac un semnal sonor atunci când manevrați în parcare. Marginea celulelor Lucrează într-un mod similar cu acești senzori, cu cât sunt mai aproape de a coliziunea cu cât mai mult zgomot le fac. Când ajungeți la bucătărie, celulele locului vă vor indica faptul că a ajuns în mod satisfăcător și a fi un mediu mai larg, celulele de margine se vor relaxa.

Să complicăm totul

Este curios să ne gândim că creierul nostru are modalități de a ne cunoaște poziția. Dar există încă o întrebare: Cum reconciliem memoria declarativă cu navigația spațială în hipocampus ?, adică, cum influențează amintirile noastre aceste hărți? Sau poate că amintirile noastre s-au format din aceste hărți? Pentru a încerca să răspundem la această întrebare, trebuie să ne gândim puțin mai departe. Alte studii au subliniat că aceleași celule care codifică spațiul, despre care am vorbit deja, codifică și timpul. Astfel, sa vorbit despre timp de celule (Eichenbaum, 2014), care va codifica percepția timpului.

Lucrul surprinzător cu privire la acest caz este acela din ce în ce mai multe dovezi care susțin ideea că celulele locului sunt aceleași cu cele ale celulelor timpului. Apoi, același neuron care utilizează aceleași impulsuri electrice este capabil să codifice spațiul și timpul. Relația dintre codarea timpului și a spațiului în aceleași potențiale de acțiune și importanța lor în memorie rămân un mister.

În concluzie: opinia mea personală

Opinia mea despre asta? Dacă îmi iau manta de știință, pot spune asta ființa umană este obișnuită să se gândească la opțiunea ușoară și ne place să credem că creierul vorbește în aceeași limbă ca noi. Problema este că creierul ne oferă o versiune simplificată a realității pe care el însuși o procesează. Într-un fel asemănător cu umbrele peșterii lui Platon. Astfel, la fel ca în limitele fizicii cuantice a ceea ce noi intelegem ca realitate pauza in Neuroscience am descoperit ca, in lucrurile creierului sunt diferite de lumea pe care o percepem în mod conștient și trebuie să fim foarte mintea deschisă la lucruri au de ce să fim așa cum le percepem cu adevărat.

Singurul lucru pe care îl am clar este faptul că Antonio Damasio este obișnuit să repete multe în cărțile sale: creierul este un mare generator de hărți. Poate creierul interpretează timpul și spațiul în același mod pentru a-și mapa amintirile. Și dacă se pare că e chimeric să crezi că Einsten în teoria relativității, una din teoriile pe care le-a postulat, era că timpul nu putea fi înțeles fără spațiu și invers. Fără îndoială, dezlănțuirea acestor mistere este o provocare, cu atât mai mult când sunt aspecte dificile ale studierii animalelor.

Cu toate acestea, nu ar trebui să se facă nici un efort în acest sens. Mai întâi de curiozitate. Dacă studiem expansiunea universului sau a undelor gravitaționale, nou înregistrate, de ce nu am fost de gând pentru a studia modul în care creierul nostru interpretează timp și spațiu? Și, în al doilea rând, multe dintre patologiile neurodegenerative, cum ar fi boala Alzheimer, au dezorientare spațială-timp ca primele simptome. Cunoscând mecanismele neurofiziologice ale acestei codificări, am putea descoperi noi aspecte care vor contribui la o mai bună înțelegere a evoluției patologice a acestor boli și, cine știe, dacă va descoperi noi obiective farmacologice sau non-farmacologice..

Referințe bibliografice:

• Eichenbaum H. 2014. Celule de timp din hipocampus: o nouă dimensiune pentru cartografierea amintirilor. Natura 15: 732-742
• Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Traiectorie care codifică hipocampul și cortexul entorhinal. Neuron 27: 169-178.
• Fyhn M, Molden S, MP Witter, Moser EI, Moser M-B. 2004. Reprezentarea spațială în cortexul entorhinal. Science 305: 1258-1264
• Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Abolirea stabilității pe termen lung a hiper-hipocampal hiperplaziilor prin blocarea receptorilor NMDA. Science 280: 2121-2126.
• Monaco JD, Abbott LF. 2011. Realignarea modulară a activității celulelor reticulare ca bază pentru remaparea hipocampului. J. Neurosci 31: 9414-9425.
• O'Keefe J, Speakman A. 1987. Activitate unică a unității în hipocampul șoarecelui în timpul unei sarcini de memorie spațială. Exp Brain Res 68: 1-27.
• Scoville WB, Milner B (1957). Pierderea memoriei recente după hipocampallezia bilaterală. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.