Režģa šūnas: Rotu ievietošana savās vietās un (Varbūt) dzīvē - The-Zinātnes - 2020

Saturs:

Anonim

Laipni lūdzam Mind Matters. Zemāk, aizraujošā amatu pārī par to, kā navigācijas neironu mehānismi var būt arī atmiņas un izziņas pamatā, neirozinātnieki Džeimss Knierims un A. Deivids Redish sniedz pirmo iemaksu Mind Matters , sciam.com jaunais ekspertu emuārs par prāta un smadzeņu zinātni. Mind Matters piedāvā kaut ko unikālu: Katru nedēļu topošie pētnieki neirozinātnē, psihiatrijā un psiholoģijā ar lasītājiem apspriedīs jaunākos dokumentus no šīm disciplīnām. Viņi izskaidros viņu nozīmīgākos jaunākos atklājumus - un pārrunās to, ko viņi, kā kolēģi pētnieki un novērotāji, atradīs vissvarīgākos, aizraujošākos, trakulīgākos, dīvainākos, ziņkārīgākos vai citādāk ievērojamos pētījumos viņu laukos. Mind Matters sniedz zinātnes interesantākos rezultātus un mīklas tieši sabiedrībai. Blogu apmeklētāji var novērot un piedalīties diskusijās - informēti, bet neformāli, atviegloti, bet stingri - zinātnieki dalās semināru telpās un koridoros zinātniskajās konferencēs. Mēs ceram, ka jūs pievienosies mums. - David Dobbs, redaktors, Mind Matters
Šīs nedēļas grāmata: Torkel Hafting, Marianne Fyhn, Sturla Molden, May-Britt Moser un Edvard I. Moser, „Teritorijas kartes mikrostruktūra entorinālajā garozā”, Trondheim, Norvēģija; no Daba , 2005. gada 11. augustā.

Paredzētais pasūtījums: To vietu attēlojums, kas aktivizē vienu režģa šūnu žurkas smadzenēs. Plankumi ir aptuveni 20 cm (50 cm) viena no otras. Ar Hafting, Fyhn, Molden, Moser un Moser ilustrāciju, ko izmanto ar atļauju.


Ievads

David Dobbs
Kamēr "mikrostruktūra telpiskajai kartei entorinālajā garozā" (vai "režģa šūnu papīrs", kā to sauc daudzi neirozinātnieki), viņš kā absolūts apdullinātājs pārsteidza daudzus neirozinātniekus. Problēma ir saistīta ar atklāto autoru sarežģīto, ritošo skaistumu. Žurku smadzenēs viņi konstatēja neironu grupu, kas pāri žurku vidē projektē desmitiem tūkstošu virtuālo tīklu, no kuriem katrs sastāv no vienādmalu trijstūriem. Neviens no šiem tīkliem nav vienāda izmēra vai novietots, un katrs no tiem ir saistīts ar vienu režģa šūnu. Katru reizi, kad žurka galva iet pāri kādam no daudzajiem režģa virsotnēm (iepriekš minētajā attēlā redzamie plankumi), saistītie režģa šūnu ugunsgrēki. Šķiet, ka sistēma ļauj žurka pastāvīgi sekot līdzi tās stāvoklim pasaulē. Šis īss apraksts neattiecas uz tīkla šūnu sistēmas taisnīgumu - tāpēc kognitīvie zinātnieki Džeimss Knierims un A. Deivids Redish paskaidro šo sēklas papīra konstatējumus un sekas tālāk. Kā norāda Knierim apraksts un Redish komentārs (pēc tam), režģa šūnu sistēma, šķiet, dara daudz vairāk, nekā pateikt žurku atrašanās vietu; tas var būt atslēga, kā žurka - un arī mēs, cilvēki, dodam atmiņu atmiņai.

Režģa šūnas: smadzeņu grafikas papīrs un pēc tam dažas

James J. Knierim apraksts un komentāri, Ph.D. Teksasas Universitātes Medicīnas skola, Hjūstona
2001.gadā kinematogrāfiskais trilleris Memento, svina raksturs cieš no smadzeņu traumām, kas padara viņu nespēj atcerēties notikumus ilgāk par minūti. Šāda veida amnēzija ir labi pazīstama neirologiem un neiropsihologiem, kuri pēta pacientus ar hippokampusa bojājumu, kas ir viena no vecākajām smadzeņu daļām, un ar to saistītā apkārtējās garozas, mediālā laika daiviņa. Šie pacienti atceras notikumus no viņu dzīves vēstures, kas notika pirms traumu rašanās, bet nevar veidot ilgstošas ​​atmiņas par kaut ko, kas notiek pēc tam. Viņu dzīves vēsture, ciktāl viņi atceras, beidzās neilgi pirms to traucējumu sākuma. Navigācija kā atmiņa Tieši tā, kā mediālā laika lobe atmiņas sistēma izveido un saglabā šīs autobiogrāfiskās atmiņas - ko sauc par epizodisko atmiņu - ir daudzus gadus apjukuši un fascinējuši zinātniekus. Pētījumi ir iegūti pētījumos par cilvēka amnēzēm un normāliem cilvēkiem, kā arī no pētījumiem ar dzīvniekiem. Liels panākums bija 1970. gados, kad Džons O'Keefe un Džonatans Dostrovskis (tagad Londonas Universitātes koledžā un Toronto Rietumu pētniecības institūtā) atklāja, ka hippokampusa neironiem piemīt vieta, kur ir vieta. Tas nozīmē, ka konkrētais "vietas šūna", kā O'Keefe dublēja šos hipokampus neironus, spraigi uzliesmotu darbības potenciālus (īsie elektriskie impulsi neironi izmanto, lai sazinātos), kad žurka ieņēma noteiktu vietu, bet klusē citur. Tādējādi katra vieta šūna tikai vienā vietā, līdzīgi kā trauksmes signāls, kas saistīts ar konkrētu flīžu priekšnams. Līdzīgi konstatējumi tika ziņoti arī citās sugās, tostarp cilvēkiem. Šie ievērojamie rezultāti noveda pie O'Keefe un Lynn Nadel (pēc tam Londonas Universitātes koledžas universitātē Tucsonā) 1978. gadā ierosināt, ka hipokamps bija vides "kognitīvās kartes" nervu lokuss. Pēc viņu domām, hipokampusa vietas šūnas veica būtisku neiroloģisko un kognitīvo funkciju, organizējot dažādus pieredzes aspektus to vietu un kontekstu ietvaros, kurās notikumi notika. Šī kontekstuālā sistēma ļāva saglabāt attiecības starp notikuma dažādiem aspektiem tādā veidā, kas ļāva vēlāk atgūt no atmiņas. Gadu gaitā šis īpašais viedoklis ir tikusi diskutēts. Tomēr ir panākta vienprātība, ka hipokamps kaut kādā veidā nodrošina telpisko kontekstu, kas ir ļoti svarīgs epizodiskajai atmiņai. Atceroties pagātnes notikumu, atceraties ne tikai notikuma cilvēkus, objektus un citus diskrētus komponentus, bet arī spatiotemporal kontekstu, kurā notikums noticis, ļaujot jums šo notikumu atšķirt no līdzīgām epizodēm ar līdzīgām sastāvdaļām. Neskatoties uz intensīvo izpēti, tomēr precīzie mehānismi, ar kuriem hipokamps rada šo kontekstuālo atmiņas atveidojumu, ir aizskāruši zinātniekus. Galvenais šķērslis bija tas, ka mēs maz zinājām par smadzeņu apgabaliem, kas lielāko daļu informācijas sniedz hippokampu. Agrīnais darbs liecināja, ka entorinālā garoza, garozas zona blakus hipokampam, satur neironus, kas kodēja telpu līdzīgi hipokampam, bet ar mazāku precizitāti. "Tas maina visu." Šis skatījums tagad ir pilnībā pagriezts pretī ar apbrīnojamo atklājumu, kas aprakstīts papīra dokumentā, par "režģa šūnu" sistēmu mediālajā entorinālā garozā. Atšķirībā no vietas šūnas, kas parasti aizdegas, kad žurkas aizņem vienu, konkrētu vietu vidē, katra režģa šūna aizdegsies, kad žurka atradīsies kādā no vairākām vietām, kas sakārtotas pārsteidzoši regulārā sešstūra režģī - nedaudz it kā šūna būtu piesaistīta vairākiem trauksmes flīzēm, kas izvietotas konkrētos, regulāros attālumos. Vietas, kurās aizdegjas katra režģa šūna, ir sakārtotas precīzā, atkārtojošā režģa rakstā, kas sastāv no vienādmalu trijstūriem, kas sakārto apkārtējās vides grīdu. (Skat. Iepriekš redzamo attēlu.) Iedomājieties, organizējot desmitiem apaļas ēdamās plāksnes, lai segtu grīdu optimālā iepakojuma blīvumā, tā, ka katru plati ieskauj sešas citas vienlīdzīgas plāksnes; šis izkārtojums atdarina aktivizējošo rakstu, kas saistīts ar kādu konkrētu režģa šūnu. Kad žurka pārvietojas ap grīdu, katra smadzeņu ugunsgrēks katru reizi liek plankuma centram tuvoties plāksnes centram. Tikmēr citas režģa šūnas ir saistītas ar saviem sešstūra režģiem, kas savstarpēji pārklājas. Blakus esošo šūnu režģiem ir līdzīgi izmēri, bet tie nedaudz atšķiras viena no otras. Šīs režģa šūnas, noslēdzot Hafting un kolēģus, var būt galvenās smadzeņu mehānisma sastāvdaļas, kas pastāvīgi atjaunina žurka sajūtu par tās atrašanās vietu pat tad, ja nav ārējas sensorās ievades. Un tie veido pamata telpisko ieeju, kas ļauj hipokampam radīt ļoti specifisku, kontekstam atkarīgu tās šūnu šaušanu. Šis atklājums ir viens no ievērojamākajiem konstatējumiem viena vienības smadzeņu darbības ierakstu vēsturē. Es spilgti atceros sajūsmu, ko es jutu, kad es pirmo reizi izlasīju šo dokumentu savā birojā. Uzreiz sapratu, ka es lasu neirozinātnē vēsturiski nozīmīgu darbu. Neviens nekad nav ziņojis par neironu atbildes īpašību, kas bija tik ģeometriski regulāra, tā kristāliska, tik perfekta. Kā tas varētu būt iespējams? Tomēr dati bija pārliecinoši. "Tas viss viss mainās," es noslīdēju. Mans uztraukums daļēji palielinājās, pateicoties režģa šūnu reakcijas modeļa skaistumam. Bet tas arī pieauga no pārliecības, ka tas bija liels solis mūsu centienos saprast, kā hipokamps varētu veidot epizodiskas atmiņas pamatu. Režģa šūnas dod mums stingru rokturi par to, kāda veida informācija ir kodēta vienā no galvenajām hipokampusa ieejām. No tā mēs varam sākt veidot reālistiskākus modeļus par to, kādi aprēķini notiek hipokampā, lai pārveidotu šos režģa attēlojumus par sarežģītākām īpašībām, kas pēdējo trīs desmitgažu laikā ir atklātas par vietu šūnām. Piemēram, dažādas vietņu šūnu apakškopas darbojas dažādās vidēs, bet visas režģa šūnas ir aktīvas visās vidēs. Kā vispārējā telpiskā karte, ko kodē režģa šūnas, pārvēršas par vides specifiskām (vai konteksta specifiskām) kartēm, ko kodē vietnes šūnas? Turklāt režģa šūnu atklāšana nepārprotami apstiprina, ka hipokamps un mediālais laika šķērslis ir izcilas modeļu sistēmas, lai saprastu, kā smadzenes konstruē pasaules "kognitīvās reprezentācijas", kas nav skaidri saistītas ar kādu sensoru stimulāciju. Nav vizuālu orientieru, dzirdes signālu, somatosensoras ievades vai citu sajūtu, kas varētu radīt tīkla šūnu ugunsgrēku tādā kristāliskā veidā jebkurā vidē. Šim šaušanas modelim, kas ir vienāds neatkarīgi no tā, vai žurka ir pazīstamā apgaismotā telpā, vai dīvainā vietā, kas ir pieguļoša, jābūt tīram izziņas konstruktam. Lai gan neapšaubāmi atjaunināts un kalibrēts ar vestibulāro, vizuālo un citu sensoro sistēmu sensoru ievadi, režģa šūnu šaušanas modeļi nav atkarīgi no tādiem ārējiem sensoriem. Daži ir apgalvojuši, ka hipokampusa vietas šūnas bija līdzīgi neatkarīgas, bet zināmā ārējo orientieru ietekme uz šīm šūnām un to tendence uzliesmot atsevišķās vietās lika citiem apgalvot, ka vietu šūnas galvenokārt virza unikālu maņu orientāciju kombinācija, kas notika noteiktās vietās. Šis arguments nevar izskaidrot režģa šūnu šaušanas modeļus. Konteksta jautājums Ko tad ņem vērā tīkla šūnu dinamika? Viena iespēja ir tāda, ka šīs šūnas ir vietas, kur dzīvnieks izmanto informāciju par savu pārvietošanos caur vidi, lai atjauninātu savu atrašanās vietu savā iekšējā, "kognitīvajā kartē", kur tā pārveido informāciju par nesenām, nelielām atrašanās vietas izmaiņām tādā nozīmē, kur tas ir un kur tas notiek lielākajā pasaulē. Hipokamps, savukārt, var būt smadzeņu struktūra, kas apvieno šo telpisko attēlojumu ar citu informāciju par diskrētiem priekšmetiem, kas veido notikumu, un tādējādi rada atmiņas par unikālu pieredzi, jo īpaši spatiotemporālos kontekstos. Šī spēja ir tieši tā varonis Memento pazaudēts. Tīkla šūnu atklāšana ir radījusi acīmredzamu uztraukuma sajūtu - cerība, ka turpmāka izpēte par režģa šūnām un citā galvenajā ievadā hipokampam, sānu ieejas garozai, atklās neironu mehānismus, kas ļauj mums atcerēties un saprast mūsu personīgās vēstures: būtisks process, kas veido paša identitātes izjūtas pamatu.
_________________________________________
CLICK HERE, lai lasītu A. David Redish pievienoto komentāru par režģa šūnām, "Caur režģi, izziņu logu."
_________________________________________

James J. Knierim, Ph.D., ir asociētais profesors no neirobioloģijas un anatomijas Teksasas Universitātes Medicīnas skolā Hjūstonā, kur viņa laboratorijā tiek pētīta hipokampusa un saistīto struktūru loma telpiskajā mācīšanā un atmiņā.

Izteiktie viedokļi ir autora (-u) viedokļi, un tie nav obligāti.