"תאי המקום", משהו כמו GPS המוח שלנו
אוריינטציה וחקירה במרחבים חדשים או לא ידועים היא אחת הפקולטות הקוגניטיביות שבהן אנו משתמשים בתדירות הגבוהה ביותר. אנחנו משתמשים בו כדי להנחות אותנו בבית שלנו, בשכונה שלנו, כדי ללכת לעבודה.
אנחנו גם תלויים בו כשאנחנו נוסעים לעיר חדשה ולא ידועה עבורנו. אנו משתמשים בו גם כאשר אנו נוהגים, ואולי, הקורא יהיה קורבן של רשלנות בכיוון שלו או של בן זוג, אשר גינו אותו ללכת לאיבוד, נאלץ להסתובב עם המכונית עד שהוא עם התוואי המתאים.
זו לא אשמתו של האוריינטציה, זו אשמת ההיפוקמפוס
כל אלה הם מצבים שלעתים קרובות מתסכלים אותנו ומובילים אותנו לקלל את האוריינטציה שלנו או של אחרים עם עלבונות, צעקות והתנהגויות שונות. ובכן, כי היום אני אתן מכות מכחול במנגנונים הנוירופיזיולוגיים של האוריינטציה , שלנו GPS GPS כדי להבין אותנו
נתחיל בכך שנקבע: אין לקלל את האוריינטציה משום שהיא רק תוצר של הפעילות העצבית שלנו באזורים מסוימים. לכן, נתחיל בקילוף 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 למצע המורפולוגי של הזיכרון, הרגשות, הלמידה והמוטיבציה.
הקורא אולי אם הוא רגיל בפסיכולוגיה יידע כי ההיפוקמפוס הוא מבנה הכרחי לגיבוש זיכרונות הצהרתיים, כלומר, עם זיכרונות אלה עם תוכן אפיזודי על החוויות שלנו או אחר, סמנטי (Nadel ו O'Keefe, 1972) .
הוכחה לכך היא המחקרים הנפוצים שקיימים לגבי המקרה העממי של "המטופל החולה", מטופל שחוליותיו המיסטיות הוסרו, וגרמו לאמנזיה לאנטרוגרדה הרסנית, דהיינו, הוא לא הצליח לשנן עובדות חדשות, אף על פי ששמר על רוב של הזיכרונות שלך לפני הניתוח. עבור אלה שרוצים להעמיק במקרה זה אני ממליץ על מחקרים של סקוביל ומילנר (1957) שחקר את המטופל HM ממצה.
תאי המקום: מה הם?
עד עכשיו אנחנו לא אומרים שום דבר חדש, או משהו מפתיע. אבל זה היה בשנת 1971 כאשר במקרה עובדה אשר ברא את תחילת המחקר של מערכות ניווט במוח התגלה. אוקיף וג'ון דוסטרובסקי, באמצעות אלקטרודות תוך גולגולתי, 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 מצפים לגלות היה שיש נוירונים שהגיבו באופן סלקטיבי בהתאם לאזור שבו חולדה. זה לא כי היו נוירונים ספציפיים לכל עמדה (אין נוירון לשירותים שלך, למשל), אבל הם נצפו ב CA1 (אזור מסוים של ההיפוקמפוס) תאים שסימנו נקודות התייחסות שניתן להתאים את החללים השונים .
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 ליצור מערכות ניווט הקצאה 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 של 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 (אוקיף ו Speakman, 1987).במשימות שבהן החיה חייבת לעבור דרך מרחבים שונים זה כבר נראה כי נוירונים במקום לירות בהתאם למקום שבו מגיע החיה ואיפה הוא הולך (פרנק et al, 2000).
איך מפות מרחביות נוצרות
עוד אחד ממרכזי ההתעניינות במחקר בתחום זה היה על האופן שבו מפות מרחביות אלה נוצרות. 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 רב של תאים, ראו כי כאשר חיה ממוקמת בסביבה חדשה כמה דקות לעבור עד תאים אלה מתחילים לירות עם נורמליות לכן, 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. לאחר מכן, אם הפלסטיות אכן שיחקה תפקיד, היינו מצפים כי עכברי נוקאאוט לקולטן ה- NMDA של הנוירוטרנסמיטר גלוטמט - כלומר, עכברים שאינם מבטאים קולטן זה - לא ייצרו מפות מרחביות משום שקולטן זה ממלא תפקיד בסיסי בפלסטיות המוחית למידה
הפלסטיות משחקת תפקיד חשוב בשמירה על מפות מרחביות
עם זאת, זה לא המקרה, וזה כבר ראיתי כי עכברים נוקאאוט לקולטן NMDA או עכברים כי טופלו תרופתי לחסום את הקולטן, להביע דפוסים דומים של התגובה 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 לא כן, מה יהיה השימוש בחוויה שאחת יוצרת על ידי הליכה ברחובות העיר שלו? האם לא תמיד תהיה לנו הרגשה שזו הפעם הראשונה שנכנסנו לבית שלנו? אני מאמין שכמו בהזדמנויות רבות אחרות, ההיפותזות הן משלימות יותר מכפי שהן נראות, ובדרך כלשהי, למרות תפקוד מולד של תפקודים 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 המוח המייצר זיכרונות משרת אותנו, כביכול, GPS. אבל אנחנו לא סיימנו את הטוב ביותר הוא עדיין לבוא. עכשיו בואו לסלסול את תלתל באמת. בתחילה, נראה כי ניווט בחלל יהיה תלוי אך ורק על ההיפוקמפוס כאשר נראה כי מבנים סמוכים כגון הקורטקס האנטורינאלי 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 . עד כה הם צפויים למצוא תוצאות, אך כאשר החליטו להגדיל את השטח שהם יירשמו בקליפת המוח, הם היו מפתיעים: בין קבוצות הנוירונים שהופעלו בהתאם לשטח שנכבש על ידי החיה, היו כנראה אזורים שקטים - כלומר, לא מופעל. כאשר אזורים שהראו הפעלה היו כמעט הצטרפו, דפוסי נצפו בצורה של משושים או משולשים. הם כינו את הנוירונים האלה של קליפת המוח "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. הדפוסים הגיאומטריים המרכיבים את תאי הרשת לא היו מסוגלים עדיין להתפרש.
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, וכך לגלות סוגי תאים אחרים הקשורים לתאי המקום: תאי היגוי ותאי קצה .
תאים היגוי היה קוד את הכיוון שבו הנושא נעה יהיה ממוקם הגרעין 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. אנחנו הולכים להציע דוגמה פשוטה שבה ננסה לסכם את הפונקציה של כל סוג של תא:
תאר לעצמך שאתה בחדר האוכל של הבית שלך וכי אתה רוצה ללכת למטבח. מכיוון שאתה בחדר האוכל של הבית שלך, יהיה לך תא חדר שיירה בזמן שאתה נשאר בחדר האוכל, אבל מאז שאתה רוצה ללכת למטבח יהיה לך עוד תא חדר מופעל המייצג את המטבח. ההפעלה תהיה ברורה כי הבית שלך הוא שטח שאתה יודע לחלוטין את ההפעלה ניתן לזהות 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 את זה ועוד קבוצה של תאים כתובת ירשום את הכיוון שבו יש לנקוט כעת להפעיל, ואת אלה הקודמים יבוטל.
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 נשמע כאשר אתה מתמרן לפארק. תאי הקצה הם פועלים בצורה דומה לחיישנים אלה, ככל שהם מתקרבים יותר לרעש שהם עושים . כשתגיע למטבח, תאי המקום שלך יגידו לך שהגיע בצורה משביעת רצון וככל שהוא סביבה רחבה יותר, תאי הקצה שלך 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, איך הזיכרונות שלנו משפיעים על המפות האלה? או שמא ייתכן שהזיכרונות שלנו נוצרו ממפות אלה? כדי לנסות לענות על שאלה זו עלינו לחשוב עוד קצת. מחקרים אחרים הצביעו על כך שאותם תאים שבהם שטח הקוד, שעליו כבר דיברנו, מקודדים את הזמן . כך, כבר מדברים על תאי זמן (Eichenbaum, 2014) אשר היה קוד התפיסה של זמן.
מפתיע במקרה זה יותר ויותר ראיות התומכות ברעיון כי תאים מקום זהים לתאי הזמן . ואז, אותו נוירון באמצעות אותם דחפים חשמליים הוא מסוגל קוד שטח 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 שאנחנו . 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 באופן מודע, ועלינו להיות בעלי ראש פתוח מאוד שאין דברים למה אנחנו באמת תופסים אותם.
הדבר היחיד שיש לי ברור הוא משהו אנטוניו Damasio משמש לחזור הרבה בספריו: המוח הוא מחולל מפה נהדר . אולי המוח מפרש את הזמן והמרחב באותו אופן למפות את הזיכרונות שלנו. ואם זה נראה לך מסתורי לחשוב 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 מהפתולוגיות הנוירודגנרטיביות, כגון 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, לגלות מטרות פרמקולוגיות חדשות או לא תרופתי.
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, EI מוזר, 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. הצעת מחיר למוח 68: 1-27.
- סקובי ויל, מילנר ב (1957). אובדן הזיכרון האחרון לאחר ההיפוקמפוס. J Neurol Neurosurg פסיכיאטריה 20: 11-21.
