'Yer hücreleri', beynimiz GPS gibi bir şey

Yeni veya bilinmeyen alanlarda oryantasyon ve keşif, en sık kullandığımız bilişsel fakültelerden biridir. Evimize, mahallemize, işe gitmek için bize rehberlik etmek için kullanıyoruz.

Bizim için yeni ve bilinmeyen bir şehre gittiğimizde buna da bağlıyız. Arabayı sürdüğümüzde bile kullanıyoruz ve muhtemelen okuyucunun oryantasyonunda veya bir refakatçideki dikkatsizliğin kurbanı olacak, bu da onu kaybettiğini kınayacak, o arabaya kadar dönmeye zorlanacaktır. uygun rota ile.

Oryantasyonun hatası değil, hipokampusun hatası.

Tüm bunlar bizi sık sık rahatsız eden ve bizi yönelimimize, başkalarına da hakaret, haykırış ve çeşitli davranışlarla lanetlememize yol açan durumlardır. kuyu, çünkü bugün oryantasyonun nörofizyolojik mekanizmalarında bir fırça darbesi vereceğim , bizim Beyin gps bizi anlamak

Spesifik olmakla başlayacağız: sadece belirli bölgelerdeki nöral aktivitemizin bir ürünü olduğu için oryantasyonu küfretmemeliyiz. Bu nedenle, hipokampusumuza küfür ederek başlayacağız.

Bir beyin yapısı olarak hipokampus

Evrimsel olarak, hipokampus antik bir yapıdır, arkeo-kültürün bir parçasıdır, yani türlerimizde filogenetik olarak daha büyük olan yapılardır. Anatomik olarak, amigdala gibi diğer yapıların da bulunduğu limbik sistemin bir parçasıdır. Limbik Sistem hafıza, duygular, öğrenme ve motivasyonun morfolojik alt yapısı olarak kabul edilir.

Okuyucunun muhtemelen psikolojiye alışması durumunda, hipokampusun, deklarasyon anılarının birleştirilmesi için gerekli bir yapı olduğunu, yani, deneyimlerimizle ilgili ya da semantik hakkında epizodik içerikli anılarla (Nadel ve O'Keefe, 1972) .

Bunun kanıtı, "hasta HM" nin popüler olgusu, temporal yarıküreleri çıkarılmış olan, yıkıcı bir anterograd amnezi üreten, yani yeni olguları ezberleyemeyen, ancak çoğu anılarınız operasyondan önce. Bu durumda derinleştirmek isteyenler için HM hastasını aşırı inceleyen Scoville ve Millner (1957) çalışmalarını öneriyorum.

Yer Hücreleri: bunlar nelerdir?

Şimdiye kadar yeni bir şey ya da şaşırtıcı bir şey söylemiyoruz. Fakat 1971'de, tesadüfen, beyindeki navigasyon sistemlerinin çalışmasının başlangıcını ortaya çıkardığı bir gerçektir. Kafa içi elektrotları kullanan O'keefe ve John Dostrovski, sıçanlarda hipokampusa özgü nöronların aktivitesini kaydedebilir . Bu, farklı davranış testleri yaparken hayvanın uyanık, bilinçli ve özgürce hareket etmesini sağladı.

Keşfedilmeyi beklemedikleri, sıçanın bulunduğu bölgeye bağlı olarak seçici bir şekilde yanıt veren nöronların bulunmasıydı. Her pozisyon için belirli nöronlar mevcut değildi (örneğin, banyonuz için nöron yoktur), fakat farklı alanlarda uyarlanabilecek referans noktaları işaretlenmiş CA1 (hipokampusun spesifik bir bölgesi) hücrelerinde gözlendiler. .

Bu hücreler çağrıldı hücreleri yerleştir. Bu nedenle, sık sık rastladığınız her belirli alan için bir yer nöronu değil, sizi çevrenizle ilişkilendiren referans noktalarıdır; Bu, egosantrik navigasyon sistemlerinin nasıl oluşturulduğu. Yer nöronları, aralarındaki boşluk unsurlarını ilişkilendirecek tahsisli navigasyon sistemleri de oluşturacaktır.

Doğuştan programlama vs.

Bu keşif, hipokampüü bir deklarasyon öğrenme yapısı olarak gören ve şimdi mekansal bilgiyi nasıl kodlayabildiğini gören birçok nörobilimciyi şaşırtmıştı. Bu, “bilişsel haritanın” hipotezini ortaya çıkardı; bu, çevremizin temsilinin hipokampüste üretileceğini kabul ederdi.

Tıpkı görsel, işitsel ve somatosensör sinyallerin kodlanması gibi diğer duyusal modaliteler için mükemmel bir harita jeneratörü olduğu gibi; Hipokampus'u, çevremizin haritalarını üreten ve onların yönelimlerini garanti eden bir yapı olarak düşünmek mantıksız değildir. .

Araştırma daha ileri gitti ve bu paradigmayı çok farklı durumlarda teste tabi tuttu. Örneğin, labirent görevlerindeki yerin hücreleri, hayvan hata yaptığında veya nöronun genellikle ateş ettiği bir pozisyonda olduğu zaman çekilir (O'keefe ve Speakman, 1987).Hayvanın farklı alanlardan geçmesi gereken görevlerde, hayvanın nereden geldiğini ve nereye gittiğine bağlı olarak nöronların yer aldığı görülmüştür (Frank ve ark., 2000).

Mekansal haritalar nasıl oluşturulur?

Bu alandaki araştırma ilgisinin ana odaklarından biri, bu mekansal haritaların nasıl oluşturulduğu üzerinde olmuştur. Bir yandan yer hücrelerinin bir ortamı keşfettiğimizde edindiğimiz deneyime dayanarak işlevlerini oluşturduğunu düşünebiliriz ya da bunun bizim beyin devremizin altında yatan bir bileşen olduğunu düşünebiliriz, yani doğuştan gelen. Soru henüz açık değildir ve hem hipotezleri destekleyen ampirik kanıtlar bulabiliriz.

Bir yandan, çok sayıda hücrenin aktivitesini kaydeden Monaco ve Abbott'un (2014) deneyleri, bir hayvanın yeni bir ortama yerleştirilmesiyle, bu hücrelerin, Normal. Böylece, Yer haritaları, bir hayvanın yeni bir çevreye girdiği andan itibaren bir şekilde ifade edilecektir. Ancak deneyim, bu haritaları gelecekte değiştirecek.

Bu nedenle, beyin plastisitesinin mekansal haritaların oluşumunda rol oynadığını düşünebiliriz. Daha sonra, plastisite gerçekten bir rol oynarsa, nörotransmiter glutamatın NMDA reseptörüne nakavt farelerin - yani, bu reseptörü ifade etmeyen farelerin - uzaysal haritalar üretmeyeceğini umarız çünkü bu reseptör beyin plastisitesinde temel bir rol oynar ve öğrenme.

Plastisite, uzamsal haritaların bakımında önemli bir rol oynamaktadır.

Bununla birlikte, bu durum söz konusu değildir ve NMDA reseptörüne fareler veya farmakolojik olarak bu reseptörü bloke eden farelere nakavt farelerin, yeni veya tanıdık ortamlarda hücrelerin benzer tepki biçimlerini ifade ettikleri görülmüştür. Bu, mekansal haritaların ifadesinin beyin plastisitesinden bağımsız olduğunu göstermektedir (Kentrol ve diğerleri, 1998). Bu sonuçlar, navigasyon sistemlerinin öğrenmeden bağımsız olduğu hipotezini destekleyecektir.

Her şeye rağmen, mantığı kullanarak, yeni oluşturulan haritaların anılarındaki kararlılık için serebral plastisite mekanizmaları açıkça gerekli olmalıdır. Ve eğer öyle olmasaydı, şehrin sokaklarında yürürken yaşadığı deneyimin kullanımı ne olurdu? Evimize ilk girdiğimizde her zaman böyle bir duyguya sahip olmaz mıyız? Diğer birçok durumda olduğu gibi, hipotezlerin göründüğünden daha tamamlayıcı olduğuna ve bir şekilde bu işlevlerin doğuştan bir işlevine rağmen, Plastisitenin bu mekansal haritaları hafızaya almanın bir rolü vardır. .

Ağ, adres ve kenar hücreleri

Yer hücreleri hakkında konuşmak oldukça zordur ve muhtemelen birden fazla okuyucunun anılarını yaratan aynı beyin alanının bize konuşmak için GPS'e hizmet ettiği şaşırmıştır. Ama biz bitirmedik ve en iyisi henüz gelmedi. Şimdi kıvrımı gerçekten kıvıralım. Başlangıçta, uzay navigasyonunun entorhinal korteks gibi komşu yapıların mekanın fonksiyonu olarak çok zayıf aktivasyon gösterdiği görüldüğünde sadece hipokampusa bağlı olduğu düşünülmüştür (Frank ve ark., 2000).

Bununla birlikte, bu çalışmalarda, entorinal korteksin ventral alanlarındaki aktivite kaydedilmiş ve daha sonraki çalışmalarda, hipokampusa daha fazla sayıda bağlantıya sahip olan dorsal alanlar kaydedilmiştir (Fyhn ve ark., 2004). Öyleyse Hipokampusa benzer şekilde, bu bölgenin birçok hücresinin pozisyona bağlı olarak ateşlendiği görülmüştür. . Şimdiye kadar sonuçlar bulmaları bekleniyor ama entorhinal kortekste kayıt yapacakları alanı arttırmaya karar verdiklerinde bir sürprizleri vardı: hayvanın işgal ettiği alana bağlı olarak harekete geçirilen nöronların grupları arasında, görünüşte sessiz bölgeler vardı. activadas-. Aktivasyonu gösteren bölgeler neredeyse birleştirildiğinde, desenler altıgenler veya üçgenler şeklinde gözlenmiştir. Entorinal korteksin "kırmızı hücreleri" nin bu nöronlarını çağırdılar.

Kırmızı hücreler keşfedildiğinde, hücrelerin nasıl oluştuğu sorusunu çözmek mümkündü. Hücrelerin ağ hücrelerinin çok sayıda bağlantısına sahip olması, bunların kendilerinden oluştuğunu düşünmek mantıksız değildir. Bununla birlikte, bir kez daha, işler çok basit değildir ve deneysel kanıtlar bu hipotezi doğrulamamıştır. Ağ hücrelerini oluşturan geometrik desenler henüz yorumlanamamıştır.

Navigasyon sistemleri hipokampusa indirgenmez

Karmaşıklık burada bitmiyor. Navigasyon sistemlerinin hipokampusa indirilmediği görüldüğünde daha da azdır. Bu, araştırmanın sınırlarını diğer beyin bölgelerine genişletmeyi, böylece yer hücrelerine ilişkin diğer hücre türlerini keşfetmeyi mümkün kılmıştır: Direksiyon hücreleri ve kenar hücreleri .

Direksiyon hücreleri, kişinin hareket ettiği yönü kodlayacak ve beyin sapının dorsal tegmental çekirdeğinde yer alacaktır. Diğer yandan, kenar hücreler, belirli bir alanın sınırlarına yaklaştıkça ve hipokampüsün subiculum-spesifik bölgesinde bulunabildiğinden, ateşleme oranlarını arttıran hücrelerdir. Her hücre türünün işlevini özetlemeye çalışacağımız basitleştirilmiş bir örnek sunacağız:

Evinizin yemek odasında olduğunuzu ve mutfağa gitmek istediğinizi düşünün. Evinizin yemek odasında bulunduğunuz için, yemek odasında kalırken yanacak olan bir oda hücresine sahip olacaksınız, ancak mutfağa gitmek istediğinizde, mutfağı temsil eden başka bir aktif oda hücresine de sahip olacaksınız. Aktivasyon netleşecektir çünkü eviniz mükemmel bir şekilde bildiğiniz bir alan ve aktivasyon hem hücre hücrelerinde hem de hücrelerde tespit edilebilir.

Şimdi mutfağa doğru yürümeye başlayın. Şimdi ateş edecek ve belirli bir yönü koruduğunuz sürece değişmeyecek bir dizi özel adres hücresi olacaktır. Şimdi, mutfağa gitmek için sağa dönüp dar bir koridordan geçmeniz gerektiğini düşünün. Döndüğünüz an, adres hücreleriniz bunu bilecek ve başka bir dizi adres hücresi, şimdi etkinleştirmek için aldığı yönü kaydedecek ve önceki olanlar devre dışı bırakılacaktır.

Ayrıca koridorun dar olduğunu ve herhangi bir yanlış hareketin duvara çarpmanıza neden olabileceğini ve böylece uç hücrelerin atış hızınızı artıracağını düşünün. Koridor duvarına ne kadar yaklaşırsanız ateşleme oranı kenar hücrelerini gösterir. Kenar hücrelerini, bazı yeni araçların sahip olduğu sensörler olarak düşünün ve parka manevra yaparken sesli bir sinyal alın. Kenar hücreleri Bu sensörlere benzer şekilde çalışırlar, daha fazla gürültü yaparlar. . Mutfağa vardığınızda yer hücreleriniz tatmin edici bir şekilde geldiğini ve daha geniş bir ortam olduğunu söyleyecektir, kenar hücreleriniz gevşeyecektir.

Sadece herşeyi karmaşık hale getirelim

Beynimizin pozisyonumuzu bilmenin bir yolu olduğunu düşünmek merak uyandırıyor. Ama yine de bir soru var: Dekompresyon hafızasını hipokampüste uzay navigasyonuyla nasıl bağdaştıracağız? Yani, anılarımız bu haritaları nasıl etkiliyor? Ya da anılarımız bu haritalardan mı oluşmuş olabilir? Bu soruyu cevaplamaya çalışmak için biraz daha düşünmeliyiz. Diğer çalışmalar, daha önce konuştuğumuz kodları kodlayan aynı hücrelerin, zaman kodlarını da belirttiğine dikkat çekiyor. . Böylece, konuşuldu zaman hücreleri Zaman algısını kodlayacak (Eichenbaum, 2014).

Dava ile ilgili şaşırtıcı şey şu ki Yer hücreleri, zaman hücreleri ile aynı olduğu fikrini destekleyen daha fazla kanıt . Daha sonra, aynı elektriksel impulsları kullanan aynı nöron, uzay ve zaman kodlayabilir. Aynı eylem potansiyellerinde zaman ve mekânın kodlanması ile bellek içindeki önemi arasındaki ilişki bir sır olarak kalmaktadır.

Sonuç olarak: kişisel görüşüm

Benim düşüncem? Bilim adamımın kıyafetini çıkardığımı söyleyebilirim. İnsanoğlu kolay seçeneği düşünmeye alışıktır ve beynin aynı dili konuştuğunu düşünmeyi seviyoruz . Sorun şu ki, beyin bize kendisinin işlediği gerçekliğin basitleştirilmiş bir versiyonunu sunuyor. Platon'un mağarasının gölgelerine benzer bir şekilde. Yani, tıpkı kuantum fiziğinde olduğu gibi, gerçeklik olarak anladıklarımızın bariyerleri bozulduğunda, sinirbilimde, beynimizde şeylerin bilinçli olarak algıladığımız dünyadan farklı olduğunu ve şeylerin sahip olmadığı çok açık bir aklımız olduğunu fark ederiz. Neden onları gerçekten algıladığımız gibi olsun.

Açıklayabildiğim tek şey, Antonio Damasio'nun kitaplarında bir çok şeyi tekrarlamak için kullanıldığı bir şey: beyin harika bir harita üreteci . Belki de beyin, anılarımızı haritalamak için zaman ve mekânı aynı şekilde yorumlar. Einsten'in görelilik kuramında benimsediği teorilerden birinin, zamanın mekân olmadan anlaşılamayacağı ve bunun tersi olduğunu düşünürseniz, şüphe uyandırıyorsa. Kuşkusuz bu gizemleri açığa çıkarmak, hayvanlar üzerinde çalışmanın zor yönleri olduklarında daha da zorludur.

Ancak, bu konularda hiçbir çaba sarf edilmemelidir. Birincisi merak. Eğer evrenin genişlemesini veya yakın zamanda kaydedilmiş kütleçekim dalgalarını incelersek, neden beynimizin zaman ve mekânı yorumladığını incelememize gerek yoktu? İkincisi, Alzheimer hastalığı gibi nörodejeneratif patolojilerin çoğunun ilk semptomlar olarak uzay-zaman uyumsuzluğu vardır.Bu kodlamanın nörofizyolojik mekanizmalarını bilerek, bu hastalıkların patolojik seyrini daha iyi anlayabilmemiz ve yeni farmakolojik veya farmakolojik olmayan hedefleri keşfetmesini sağlayacak yeni özellikleri keşfedebiliriz.

Bibliyografik referanslar:

• Eichenbaum H. 2014. Hipokampüste zaman hücreleri: anıları eşleştirmek için yeni bir boyut. Doğa 15: 732-742
• Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Hipokampüs ve entorinal kortekste kodlama yörüngesi. Nöron 27: 169-178.
• Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. Entorinal kortekste mekansal temsil. Bilim 305: 1258-1264
• Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. NMDA reseptör blokajı ile yeni hipokampal yer hücre haritalarının uzun vadeli stabilitesinin kaldırılması. Science 280: 2121-2126.
• Monaco JD, Abbott LF. 2011. Hipokampal remapping için temel olarak grid hücre aktivitesinin modüler yeniden düzenlenmesi. J Neurosci 31: 9414-9425.
• O'Keefe J, Speakman A. 1987. Mekansal hafıza görevi sırasında fare hipokampüsünde tek birim aktivite. Exp Brain Res 68: 1-27.
• Scoville WB, Milner B (1957). İki taraflı hipokampalliyondan sonra son hafızanın kaybı. J Neurol Neurosurg Psikiyatri 20: 11-21.

Cem Yılmaz | Faruk eczanesi (Nisan 2024).