תאי המקום, משהו כמו GPS המוח שלנו

אוריינטציה וחיפוש בחללים חדשים או לא ידועים היא אחת הפקולטות הקוגניטיביות שבהן אנו משתמשים בתדירות הגבוהה ביותר. אנו משתמשים בו כדי להנחות אותנו בבית שלנו, בשכונה שלנו, כדי ללכת לעבודה.

אנחנו גם תלויים בו כשאנחנו נוסעים לעיר חדשה ולא ידועה עבורנו. אנחנו משתמשים בו אפילו כשאנחנו נוסעים ואולי הקורא בשלב מסוים יהיה קורבן של חוסר תשומת באוריינטציה שלהם או של עמית / a, אשר יהיה נדון יאבדו ונאלצה לסובב את המכונית כדי לתת עם התוואי הנכון.

זאת לא אשמתו של האוריינטציה, זו אשמת ההיפוקמפוס

כל אלה מצבים שלעתים קרובות מתסכלים אותנו ומובילים אותנו לקלל את האוריינטציה שלנו או של אחרים עם עלבונות, צעקות והתנהגויות שונות. טוב, היום אני אתן מכות מכחול במנגנונים הנוירופיזיולוגיים של האוריינטציה, שלנו GPS המוח כדי להבין אותנו.

נתחיל להיות ספציפיים: אנחנו לא צריכים לקלל את הכיוון שכן זה רק תוצר של הפעילות העצבית שלנו באזורים ספציפיים. לכן, נתחיל על ידי קילוף ההיפוקמפוס שלנו.

ההיפוקמפוס כמבנה מוחי

באופן אבולוציוני, ההיפוקמפוס הוא מבנה עתיק, הוא חלק מן החקלאות הארקית, כלומר, המבנים שהם זקנים מבחינה פילוגנטית במיננו. מבחינה אנטומית, זהו חלק ממערכת הלימבית, שבה נמצאים גם מבנים אחרים כמו האמיגדלה. המערכת הלימבית נחשבת מצע מורפולוגי של זיכרון, רגשות, למידה ומוטיבציה.

הקורא יכול אם אתה מכיר את הפסיכולוגיה יודע כי ההיפוקמפוס הוא מבנה הכרחי להתגבשות זיכרונות הצהרתיים, כלומר זיכרונות אלה עם תוכן אפיזודי על החוויות שלנו או, סמנטי (אוקיף נאדל, 1972).

הוכחה לכך הן מחקרים רבים שקיימים על המקרה הפופולרי של "HM החולה," חולה הורידו אותו בשני ההמיספרות הזמן, הפקת אמנזיה האנטרוגרד הרסנית, כלומר, הוא לא יכול לשנן עובדות חדשות אלא שמר ביותר של הזיכרונות שלך לפני הניתוח. למי שרוצה להעמיק במקרה זה ממליץ מחקרים סקוביל ו מילנר (1957) כדי למד את HM החולה ביסודיות.

תאי המקום: מה הם??

עד עכשיו אנחנו לא אומרים שום דבר חדש, או משהו מפתיע. אבל זה היה ב 1971 כאשר במקרה עובדה אשר ברא את תחילת המחקר של מערכות ניווט במוח התגלה. אוקיפה וג'ון דוסטרובסקי, תוך שימוש באלקטרודות תוך גולגולתיים, יכול לתעד את הפעילות של נוירונים ספציפיים בהיפוקמפוס אצל עכברושים. זה הציע את האפשרות כי בעת ביצוע בדיקות התנהגותיות שונות, בעל החיים היה ער, מודע ומרגש בחופשיות.

מה שהם לא ציפו למצוא היה כי היו נוירונים שמגיבים בהתאם סלקטיבי על האזור שבו היה העכברוש. לא קיימים נוירונים ספציפיים לכל עמדה (יש נוירון לאמבטיה, למשל), אבל נצפו CA1 (באזור מסוים של ההיפוקמפוס) נקודות התייחסות מסומנות תאים שיכולים להתאים לחללים שונים.

תאים אלה נקראו מקומות. לכן, אין זה נוירון של מקום עבור כל מקום ספציפי כי אתה תכופים, אלא הם נקודות התייחסות המתייחסים אליך הסביבה שלך; כך נוצרות מערכות ניווט אגוצנטריות. נוירונים מקום יהיה גם טופס מערכות ניווט הקצה כי יהיה להתייחס אלמנטים של החלל ביניהם.

תכנות מולדת מול ניסיון

תגלית זו הביכה מדעני מוח רבים שחשבו על ההיפוקמפוס כמבנה למידה הצהרתי, וכעת ראו כיצד הוא יכול לקודד מידע מרחבי. עובדה זו הולידה את ההשערה של "המפה הקוגניטיבית" שתנחה כי ייצוג הסביבה שלנו ייווצר בהיפוקמפוס.

בדיוק כמו המוח הוא גנרטור מעולה של מפות עבור שיטות חושיות אחרות כגון קידוד של אותות חזותיים, השמיעה סומטו-סנסורי; אין זה הגיוני לחשוב על ההיפוקמפוס כמבנה שיוצר מפות של הסביבה שלנו ומבטיח לנו את ההתמצאות שלהן.

המחקר הלך רחוק יותר ויש לו לשים את הפרדיגמה הזו למבחן במצבים שונים מאוד. זה כבר ראיתי, למשל, את התאים של מקום במשימות מבוך לירות כאשר בעל החיים עושה טעויות או כאשר הוא נמצא במצב שבו נוירון היה בדרך כלל יורה (O'kfefe ו Speakman, 1987). במשימות שבהן החיה חייבת לעבור דרך מרחבים שונים זה כבר נראה כי נוירונים במקום לירות בהתאם למקום שבו בא החיה מאיפה הוא הולך (פרנק et al, 2000).

כיצד מפות החלל נוצרות

נוסף על ההתמקדות העיקרית של העניין במחקר בתחום זה כבר על איך מפות מרחביות אלה נוצרים. מצד אחד יכולנו לחשוב שתאי המקום קובעים את התפקוד שלהם על סמך הניסיון שאנו מקבלים כאשר אנו חוקרים סביבה, או, אנו עשויים לחשוב שהיא מרכיב בסיסי במעגלי המוח שלנו, כלומר, מולדת. השאלה עדיין לא ברורה ואנו יכולים למצוא עדויות אמפיריות התומכות בשתי ההשערות.

מצד אחד, הניסויים של מונקו ואבוט (2014), אשר רשמה את הפעילות של מספר גדול של תאים במקום, ראו כי כאשר חיה ממוקמת בסביבה חדשה כמה דקות עובר עד תאים אלה מתחילים לירות עם נורמליות אז, אם כך, המקום יבטא, בדרך כלשהי, מרגע כניסתו של בעל חיים לסביבה חדשה, אבל הניסיון היה לשנות מפות אלה בעתיד.

לכן, אנו עשויים לחשוב כי גמישות המוח הוא משחק תפקיד ביצירת מפות מרחביות. ואז, אם הפלסטיות באמת מצפה לשחק תפקיד הקולטן NMDA בנוקאאוט עכברים הנוירוטרנסמיטר גלוטמט-כי אומרים, עכברים אשר אינם מבטאים זו receptor- לא ליצור מפות מרחביות כי הקולטן הזה משחק תפקיד קריטי פלסטיות המוח למידה.

הפלסטיות משחקת תפקיד חשוב בשמירה על מפות מרחביות

עם זאת, זה לא המקרה, וזה כבר ראיתי כי עכברים נוקאאוט לקולטן NMDA או עכברים שטופלו pharmacologically כדי לחסום את הקולטן, להביע דפוסי תגובה דומים של תאים בסביבות חדשות או מוכרות. דבר זה מצביע על כך שהביטוי של מפות מרחביות אינו תלוי בפלסטיות המוחית (Kentrol et al., 1998). תוצאות אלו יתמכו בהשערה שמערכות ניווט אינן תלויות בלמידה.

למרות הכל, באמצעות ההיגיון, מנגנוני של גמישות מוחי חייב להיות ברור עבור היציבות בזיכרון של מפות שנוצרו לאחרונה. ואם זה לא היה כך, מה יהיה השימוש בחוויה שאחת יוצרת על ידי הליכה ברחובות העיר שלו? האם לא תמיד תהיה לנו הרגשה שזו הפעם הראשונה שנכנס לבית שלנו? אני מאמין כי, כמו בהזדמנויות רבות אחרות, ההשערות הן משלימות יותר ממה שהן נראות, ובאופן כלשהו, ​​למרות תפקוד מולד של פונקציות אלה, לפלסטיות יש תפקיד בשמירה על מפות מרחביות אלה בזיכרון.

רשת, כתובת ותאי קצה

זה די מופשט לדבר על תאים מקום ואולי יותר קורא אחד הופתע כי אותו אזור במוח שיוצר זיכרונות משרת אותנו, כביכול, GPS. אבל אנחנו לא סיימנו את הטוב ביותר הוא עדיין לבוא. עכשיו בואו סלסל את תלתל באמת. בתחילה, נראה כי ניווט בחלל יהיה תלוי אך ורק על ההיפוקמפוס, כאשר נראה כי מבנים סמוכים כגון קליפת המוח הקדמית הראו הפעלה חלשה מאוד כפונקציה של החלל (Frank et al, 2000).

עם זאת, במחקרים אלה נרשמה הפעילות באזורי הגחון של קליפת המוח, ובמחקרים מאוחרים יותר נרשמו אזורים בגב, שיש להם מספר רב יותר של חיבורים להיפוקמפוס (Fyhn et al., 2004). אז, אם כך זה נצפתה כי תאים רבים של האזור הזה ירה בהתאם למיקום, בדומה ההיפוקמפוס. הנה תוצאות צפויות למצוא אבל כשהחליטו להגדיל את השטח כי הייתה לרשום בקליפת entorhinal הייתה הפתעה: בין קבוצות של נוירונים אשר מופעלים בהתאם השטח הכבוש על ידי החיה היו כנראה שותק ההיא." באזורים לא היו מופעל. כאשר אזורים אחרים הראו דפוסי ההפעלה נצפו בצורת משושים או משולשים הם כמעט ארצות. הם קראו נוירונים אלה בקליפת entorhinal "תאים אדומים".

כאשר התאים האדומים התגלו, אפשר היה לפתור את השאלה כיצד נוצרים תאים. לאחר התאים מקום קשרים רבים של תאים ברשת, אין זה הגיוני לחשוב כי הם נוצרו מהם. עם זאת, שוב, הדברים אינם כל כך פשוט עדויות ניסיוני לא אישר את ההשערה הזאת. הדפוסים הגיאומטריים שמרכיבים את תאי הרשת לא היו מסוגלים עדיין לפרש.

מערכות ניווט אינן מצטמצמות להיפוקמפוס

המורכבות לא נגמרת כאן. אפילו פחות כאשר זה כבר לראות כי מערכות ניווט אינם מצטמצמים ההיפוקמפוס. זה איפשר להרחיב את גבולות המחקר לאזורים אחרים במוח, ובכך לגלות סוגים אחרים של תאים הקשורים תא במקום: תאי היגוי ותאי קצה.

תאים היגוי היה קוד את הכיוון שבו הנושא נעה יהיה ממוקם בגרעין tegmental הגבי של גזע המוח. מצד שני, תאי קצה הם תאים שמגדילים את קצב הירי שלהם כשהנושא מתקרב לגבולות של חלל נתון וניתן למצוא אותו באזור הספציפי של ההיפוקמפוס. אנו נציע דוגמה פשוטה שבה ננסה לסכם את הפונקציה של כל סוג של תא:

תאר לעצמך שאתה בחדר האוכל של הבית שלך, כי אתה רוצה ללכת למטבח. מאז אתה בחדר האוכל של הבית שלך, יהיה לך תא החדר יירה בזמן שאתה נשאר בחדר האוכל, אבל מאז שאתה רוצה ללכת למטבח יהיה לך עוד תא מופעל המייצג את המטבח. ההפעלה תהיה ברורה כי הבית שלך הוא שטח שאתה יודע באופן מושלם ואת ההפעלה נוכל לזהות את זה הן בתאים של המקום ברשת התאים.

עכשיו, להתחיל ללכת לכיוון המטבח. תהיה קבוצה של תאים כתובת ספציפית כי עכשיו יהיה ירי ולא ישתנה כל עוד אתה שומר על כיוון מסוים. עכשיו, לדמיין כי ללכת למטבח עליך לפנות ימינה לחצות מסדרון צר. ברגע שתפנה, תאי הכתובת שלך יידעו זאת ועוד קבוצה של תאי כתובות תרשום את הכתובת שהופעלה כעת, והקודמות שלה יבוטלו.

תארו לעצמכם גם כי המסדרון צר וכל תנועה שקרית יכולה לגרום לך להכות את הקיר, כך התאים הקצה שלך יגדיל את שיעור הירי שלך. ככל שתתקרב לקיר המסדרון, כך יחס הירי יראה את תאי הקצה. תחשוב על התאים קצה כמו חיישנים כי כמה מכוניות חדשות יש וזה עושה אות שמיעה כאשר אתה מתמרן לפארק. תאי הקצה הם פועלים באופן דומה לחיישנים אלה, ככל שהם מתקרבים יותר להתנגשות הרעש שהם עושים. כאשר אתם מגיעים למטבח, תאי המקום שלכם יצביעו לכם כי הגיע בצורה משביעת רצון ומאחר שהיא סביבה רחבה יותר, תאי הקצה שלכם יירגעו.

בואו רק לסבך את הכל

זה מוזר לחשוב כי המוח שלנו יש דרכים לדעת את עמדתנו. אבל עדיין יש שאלה: כיצד ניתן ליישב זיכרון הצהרתי עם ניווט בחלל בהיפוקמפוס? כלומר, כיצד משפיעים הזיכרונות שלנו על המפות הללו? או שמא ייתכן שהזיכרונות שלנו נוצרו ממפות אלה? כדי לנסות לענות על שאלה זו עלינו לחשוב עוד קצת. מחקרים אחרים הצביעו על כך שאותם תאי שטח, שעליו כבר דיברנו, מקודדים את הזמן. כך, כבר מדברים על תאי זמן (Eichenbaum, 2014) אשר היה codify את התפיסה של זמן.

מפתיע במקרה זה יותר ויותר ראיות התומכות ברעיון כי מקום התאים הם כמו תאים זמן. ואז, אותו נוירון באמצעות אותם דחפים חשמליים מסוגל קידוד חלל וזמן. הקשר בין קידוד הזמן והמרחב באותו פוטנציאל פעולה וחשיבותם בזיכרון נותרו בגדר תעלומה.

לסיכום: דעתי האישית

דעתי על כך? מוריד את החלוק של המדען שלי, אני יכול להגיד את זה האדם רגילים לחשוב על האפשרות הקלה ואנחנו אוהבים לחשוב שהמוח מדבר באותה שפה כמונו. הבעיה היא שהמוח מציע לנו גרסה פשוטה של ​​המציאות שהוא עצמו מעבד. באופן דומה לצללי המערה של אפלטון. לכן, בדיוק כמו במחסומים הפיזיקליים הקוונטיים של מה שאנחנו מבינים כמציאות נשברים, במדעי המוח אנו מגלים שבמוח הדברים שונים מן העולם שאנו מודעים בו במודע, ועלינו להיות ראש פתוח מאוד שאין דברים למה אנחנו באמת תופסים אותם.

הדבר היחיד שיש לי ברור הוא משהו כי אנטוניו Damasio משמש לחזור הרבה בספריו: המוח הוא גנרטור גדול של מפות. אולי המוח מפרש את הזמן והמרחב באותו אופן למפות את הזיכרונות שלנו. ואם זה נראה דמיוני, חשבו שאינסטן בתיאוריית היחסות שלו, אחת התיאוריות שהניח, היתה שלא ניתן היה להבין את הזמן בלי מקום, ולהיפך. ללא ספק, לחשוף את המסתורין הזה הוא אתגר, אפילו יותר כאשר הם היבטים קשים ללמוד אצל בעלי חיים.

עם זאת, שום מאמץ לא צריך לחסוך על נושאים אלה. קודם סקרנות. אם נחקור את התרחבות היקום או את גלי הכבידה שנרשמו לאחרונה, מדוע לא נחקור כיצד המוח שלנו מפרש את הזמן והמרחב? ושנית, רבות מהמחלות הנוירודגנרטיביות, כמו מחלת האלצהיימר, הן בעלות דיסאוריינטציה במרחב-זמן כתסמינים ראשונים. לדעת את המנגנונים נוירופיזיולוגיים של קידוד זה, נוכל לגלות היבטים חדשים שיסייעו להבין טוב יותר את הקורס הפתולוגי של מחלות אלה, מי יודע, אם לגלות מטרות פרמקולוגיות או לא תרופתי חדשים..

הפניות ביבליוגרפיות:

• Eichenbaum H. 2014. תאי זמן בהיפוקמפוס: מימד חדש למיפוי זיכרונות. טבע 15: 732-742
• פרנק LM, Brown En, וילסון מ 2000. קידוד מסלולים בהיפוקמפוס וקורטקס אנטורהינלית. נוירון 27: 169-178.
• Fyhn M, מולדן S, Witter MP, מוסר EI, מוזר M-B. 2004. ייצוג מרחבי בקליפת המוח. מדע 305: 1258-1264
• Kentros C, Hargreaves E, הוקינס RD, קנדל ER, שפירו M, מילר RV. 1998. ביטול יציבות לטווח ארוך של מפות תאים בהיפוקמפוס מקום חדש על ידי המצור קולטן NMDA. מדע 280: 2121-2126.
• מונקו JD, אבוט LF. 2011. התאמת מודולרי של פעילות תא הרשת כבסיס remamp בהיפוקמפוס. J Neurosci 31: 9414-9425.
• O'Keefe J, Speakman א 1987. יחידה יחידה פעילות בהיפוקמפוס העכבר במהלך משימה זיכרון מרחבית. Exp החלטה 68: 1 -27.
• סקובי ויל, מילנר ב '(1957). אובדן הזיכרון האחרון לאחר ההיפוקמפוס. J Neurol Neurosurg פסיכיאטריה 20: 11-21.