خلايا مكان ، شيء مثل نظام تحديد المواقع العالمي للمخ

التوجيه والاستكشاف في أماكن جديدة أو غير معروفة هي واحدة من الكليات المعرفية التي نستخدمها في معظم الأحيان. نستخدمها لإرشادنا في منزلنا ، حينا ، للذهاب إلى العمل.

نحن نعتمد عليها أيضًا عندما نسافر إلى مدينة جديدة وغير معروفة بالنسبة لنا. نحن نستخدمها حتى عندما نقود السيارة ، وربما يكون القارئ قد وقع ضحية للإهمال في اتجاهه أو في رفيقه ، الذي سيحكم عليه بالضياع ، ويجبر على الالتفاف مع السيارة حتى يعطيه مع الطريق الصحيح.

إنه ليس خطأ الاتجاه ، إنه خطأ الحصين

كل هذه الحالات غالباً ما تحبطنا وتؤدي بنا إلى لعنة توجهاتنا أو اتجاه الآخرين بالشتائم والصراخ والسلوكيات المختلفة. جيد, اليوم سوف أعطي ضربة فرشاة في الآليات الفسيولوجية العصبية للتوجه, في منطقتنا GPS الدماغ لفهمنا.

سنبدأ بالتحديد: لا ينبغي لنا أن نلعن التوجه لأن هذا مجرد نتاج لنشاطنا العصبي في مناطق محددة. لذلك ، سنبدأ عن طريق لعن الحصين لدينا.

الحصين كهيكل دماغي

من الناحية التطورية ، يعتبر الحصين هيكلًا قديمًا ، وهو جزء من الثقافة الأثرية ، أي تلك الهياكل التي تكون أقدم في علم الجينات في جنسنا البشري. تشريحيا ، هو جزء من الجهاز الحوفي ، حيث توجد هياكل أخرى مثل اللوزة. يعتبر الجهاز الحوفي الركيزة المورفولوجية للذاكرة والعواطف والتعلم والدافع.

ربما يعرف القارئ إذا كان معتادًا على علم النفس أن الحصين هيكل ضروري لتوحيد الذكريات التعريضية ، أي تلك الذكريات ذات المحتوى العرضي عن تجاربنا أو غير ذلك ، دلالة (Nadel and O'Keefe، 1972).

والدليل على ذلك هو الدراسات الوفيرة الموجودة حول الحالة الشائعة لـ "المريض جلالة الملك" ، وهو المريض الذي تمت إزالة نصفيه الزماني ، مما أدى إلى فقدان الذاكرة التراجعي المدمر ، أي أنه لم يستطع حفظ حقائق جديدة رغم أنه احتفظ بمعظم الحالات. من ذكرياتك من قبل العملية. بالنسبة لأولئك الذين يرغبون في التعمق في هذه الحالة ، أوصي بدراسات Scoville و Millner (1957) التي درست المريض HM بشكل شامل.

خلايا المكان: ما هي؟?

حتى الآن لا نقول شيئًا جديدًا أو أي شيء يثير الدهشة. ولكن كان في عام 1971 عندما تم اكتشاف حقيقة عن طريق الصدفة التي ولدت بداية دراسة أنظمة الملاحة في الدماغ. أوكيف وجون دوستروفسكي ، باستخدام أقطاب داخل الجمجمة, يمكن تسجيل نشاط الخلايا العصبية الخاصة الحصين في الفئران. هذا يوفر إمكانية أنه أثناء إجراء اختبارات سلوكية مختلفة ، كان الحيوان مستيقظا ، واعيا ويتحرك بحرية.

ما لم يتوقعوا اكتشافه هو أن هناك عصبونات استجابت بشكل انتقائي اعتمادًا على المنطقة التي يوجد بها الجرذ. لا توجد أنه توجد عصبونات محددة لكل موقف (لا توجد خلايا عصبية لحمامك ، على سبيل المثال) ، ولكن تمت ملاحظتها في الخلايا CA1 (منطقة معينة من الحصين) التي ميزت نقاط مرجعية يمكن تكييفها مع مسافات مختلفة.

تم استدعاء هذه الخلايا خلايا مكان. لذلك ، لا يوجد لديك مكان عصبي لكل مساحة معينة تتكرر فيها ، بل هي نقاط مرجعية تربطك ببيئتك ؛ هذه هي الطريقة التي يتم تشكيل أنظمة الملاحة الأنانية. ستشكل الخلايا العصبية الموضعية أيضًا أنظمة ملاحة مخصصة تربط عناصر الفضاء بينها.

البرمجة الفطرية مقابل الخبرة

حير هذا الاكتشاف العديد من علماء الأعصاب الذين اعتبروا الحصين بنية تعلمية تصورية ورأوا الآن كيف استطاعت تشفير المعلومات المكانية. أدى هذا إلى فرضية "الخريطة المعرفية" التي من شأنها افتراض أن تمثيل بيئتنا سيتم توليده في الحصين.

كما أن الدماغ هو مولد ممتاز للخرائط الخاصة بالطرائق الحسية الأخرى مثل تشفير الإشارات المرئية والسمعية والجسدية ؛ ليس من المعقول التفكير في الحصين كهيكل يولد خرائط لبيئتنا ويضمن توجهاتنا فيها.

لقد ذهب البحث إلى أبعد من ذلك ووضع هذا النموذج في الاختبار في مواقف مختلفة للغاية. لقد لوحظ ، على سبيل المثال ، أن خلايا المكان في مهام المتاهة تطلق النار عندما يرتكب الحيوان أخطاء أو عندما يكون في وضع يسمح فيه للخلايا العصبية أن تطلق النار عادةً (أوكيف و سبيكمان ، 1987). في المهام التي يجب أن يتحرك فيها الحيوان عبر مسافات مختلفة ، شوهد أن الخلايا العصبية تطلق النار اعتمادًا على المكان الذي يأتي منه الحيوان ومن أين يذهب (فرانك وآخرون ، 2000).

كيف تتشكل خرائط الفضاء

ومن بين النقاط الرئيسية التي ركزت عليها اهتمامات البحث في هذا المجال كيفية تشكيل هذه الخرائط المكانية. من ناحية ، يمكننا أن نعتقد أن خلايا الأماكن تضع وظيفتها بناءً على الخبرة التي نتلقاها عندما نستكشف بيئة ما ، أو قد نعتقد أنها عنصر أساسي في داراتنا الدماغية ، أي الفطرية. السؤال ليس واضحا بعد ، ويمكن أن نجد أدلة تجريبية تدعم كلتا الفرضيتين.

من ناحية ، شهدت تجارب موناكو وأبوت (2014) ، التي سجلت نشاط عدد كبير من الخلايا الموجودة ، أنه عندما يتم وضع حيوان في بيئة جديدة تمر عدة دقائق حتى تبدأ هذه الخلايا في إطلاق النار عليها وضعها الطبيعي. اذن, سيتم التعبير عن خرائط الأماكن ، بطريقة ما ، من اللحظة التي يدخل فيها الحيوان بيئة جديدة, لكن التجربة ستعدل هذه الخرائط في المستقبل.

لذلك ، قد نعتقد أن ليونة الدماغ تلعب دورًا في تكوين الخرائط المكانية. ثم ، إذا لعبت اللدونة دورًا بالفعل ، فإننا نتوقع خروج المغلوب من الفئران لمستقبل NMDA للجلوتامات الناقلة العصبية - أي الفئران التي لا تعبر عن هذا المستقبل - لا تولد خرائط مكانية لأن هذا المستقبل يلعب دورًا أساسيًا في مرونة المخ تعلم.

تلعب اللدونة دورًا مهمًا في الحفاظ على الخرائط المكانية

ومع ذلك ، ليس هذا هو الحال ، وقد لوحظ أن الفئران بالضربة القاضية لمستقبلات NMDA أو الفئران التي عولجت دوائيا لمنع هذا المستقبلات ، والتعبير عن أنماط مماثلة من استجابة الخلايا في بيئات جديدة أو مألوفة. هذا يشير إلى أن التعبير عن الخرائط المكانية مستقل عن ليونة الدماغ (Kentrol et al. ، 1998). ستدعم هذه النتائج الفرضية القائلة بأن أنظمة الملاحة مستقلة عن التعلم.

على الرغم من كل شيء ، باستخدام المنطق ، يجب أن تكون آليات اللدونة الدماغية ضرورية بوضوح لتحقيق الاستقرار في ذاكرة الخرائط التي تم تشكيلها مؤخرًا. وإذا لم يكن الأمر كذلك ، فما الفائدة من التجربة التي يصنعها المرء في شوارع مدينته؟ ألن يكون لدينا دائمًا شعور بأن هذه هي المرة الأولى التي ندخل فيها منزلنا؟ أعتقد أنه ، كما هو الحال في العديد من المناسبات الأخرى ، فإن الفرضيات أكثر تكاملاً مما تبدو ، وبطريقة ما ، على الرغم من الأداء الفطري لهذه الوظائف, تلعب اللدونة دورًا في الحفاظ على هذه الخرائط المكانية في الذاكرة.

الشبكة والعنوان وخلايا الحافة

من الحديث تمامًا الحديث عن خلايا الأماكن ، وربما تفاجأ أكثر من قارئ بأن نفس منطقة الدماغ التي تولد ذكريات تخدمنا ، إذا جاز التعبير ، GPS. لكننا لم ننته والأفضل لم يأت بعد. الآن دعونا حليقة الضفيرة حقا. في البداية ، كان يعتقد أن الملاحة الفضائية ستعتمد حصريًا على الحصين عندما يُرى أن الهياكل المجاورة مثل القشرة المخية الأنفية أظهرت تنشيطًا ضعيفًا للغاية كدالة للفضاء (Frank et al. ، 2000).

ومع ذلك ، في هذه الدراسات تم تسجيل النشاط في المناطق البطنية من القشرة الدماغية الأنفية وفي الدراسات اللاحقة ، تم تسجيل المناطق الظهرية ، والتي لديها عدد أكبر من الوصلات إلى الحصين (Fyhn et al. ، 2004). اذن وقد لوحظ أن العديد من خلايا هذه المنطقة أطلقت اعتمادا على الموقف ، على غرار الحصين. إلى هنا النتائج التي كان من المتوقع العثور عليها ، لكن عندما قرروا زيادة المساحة التي يسجلونها في القشرة الدماغية الأنفية لديهم مفاجأة: من بين مجموعات الخلايا العصبية التي تم تنشيطها اعتمادًا على المساحة التي يشغلها الحيوان ، كانت هناك مناطق صامتة - على ما يبدو ، activadas-. عندما تم ضم المناطق التي أظهرت التنشيط فعليًا ، لوحظت أنماط في شكل سداسي أو مثلثات. أطلقوا على هذه الخلايا العصبية للقشرة الأنفية "الخلايا الحمراء".

عندما تم اكتشاف خلايا حمراء ، كان من الممكن حل مسألة كيفية تكوين الخلايا. بعد أن تضع الخلايا اتصالات عديدة لخلايا الشبكة ، فليس من المعقول الاعتقاد بأنها تشكلت منها. ومع ذلك ، مرة أخرى ، الأمور ليست بهذه البساطة والأدلة التجريبية لم تؤكد هذه الفرضية. لم يتم تفسير الأنماط الهندسية التي تشكل خلايا الشبكة حتى الآن.

لا يتم تقليل أنظمة الملاحة إلى الحصين

التعقيد لا ينتهي هنا. حتى أقل عندما يتم ملاحظة أن أنظمة الملاحة لا يتم اختزالها إلى الحصين. وقد أتاح ذلك توسيع حدود البحث لتشمل مناطق أخرى في المخ ، وبالتالي اكتشاف أنواع أخرى من الخلايا المرتبطة بالخلايا الموجودة: الخلايا التوجيهية والخلايا الحافة.

تقوم الخلايا التوجيهية بوضع رمز للاتجاه الذي يتحرك فيه الموضوع ويكون موجودًا في نواة الظهارة الظهارية في جذع الدماغ. من ناحية أخرى ، فإن خلايا الحافة هي خلايا تزيد من معدل إطلاقها مع اقتراب الشخص من حدود مساحة معينة ويمكن العثور عليه في منطقة محددة بالمحدد الحصين. سنقدم مثالًا مبسطًا سنحاول فيه تلخيص وظيفة كل نوع من الخلايا:

تخيل أنك في غرفة الطعام في منزلك وتريد الذهاب إلى المطبخ. نظرًا لأنك في غرفة الطعام في منزلك ، سيكون لديك زنزانة غرفة ستطلق النار أثناء بقائك في غرفة الطعام ، ولكن بما أنك تريد الذهاب إلى المطبخ ، فستكون لديك أيضًا خلية أخرى نشطة تمثل المطبخ. سيكون التنشيط واضحًا لأن منزلك عبارة عن مساحة تعرفها تمامًا والتفعيل الذي سنتمكن من اكتشافه في كل من خلايا المكان وشبكة الخلايا.

الآن ، ابدأ بالسير نحو المطبخ. ستكون هناك مجموعة من خلايا العناوين المحددة التي سيتم إطلاقها الآن ولن تتغير طالما حافظت على اتجاه محدد. الآن ، تخيل أنه للذهاب إلى المطبخ ، يجب أن تستدير يمينًا وأن تعبر الممر الضيق. في اللحظة التي تدور فيها ، ستعرف خلايا العنوان الخاصة بك وستقوم مجموعة أخرى من خلايا العناوين بتسجيل العنوان الذي تم تنشيطه الآن وسيتم إلغاء تنشيط الخلايا السابقة.

تخيل أيضًا أن الممر ضيق وأن أي حركة كاذبة يمكن أن تجعلك تضغط على الحائط ، وبالتالي ستزيد خلايا الحافة لديك من معدل إطلاق النار. كلما اقتربت من جدار الممر ، كلما ارتفعت نسبة إطلاق النار إلى الخلايا الحافة. فكر في خلايا الحافة باعتبارها المستشعرات الموجودة في بعض السيارات الجديدة والتي تصدر إشارة سمعية عند المناورة لتوقف السيارة. الخلايا الحافة إنها تعمل بطريقة مشابهة لتلك المجسات ، وكلما اقتربت من الاصطدام بالمزيد من الضوضاء التي تحدثها. عند وصولك إلى المطبخ ، ستكون خلايا مكانك قد أوضحت لك أنه قد وصل بشكل مرضٍ ولأنه بيئة أوسع ، فإن خلايا حوافك ستستريح.

دعونا فقط تعقيد كل شيء

من الغريب أن نعتقد أن عقولنا لديها طرق لمعرفة موقفنا. ولكن لا يزال هناك سؤال: كيف يمكننا التوفيق بين الذاكرة التصريحية والملاحة الفضائية في الحصين؟ أي كيف تؤثر ذكرياتنا على هذه الخرائط؟ أم يمكن أن تكون ذكرياتنا قد تشكلت من هذه الخرائط؟ لمحاولة الإجابة على هذا السؤال ، يجب أن نفكر قليلاً. أشارت دراسات أخرى إلى أن الخلايا نفسها التي تشفير المساحة ، والتي تحدثنا عنها بالفعل ، تعمل أيضًا على ترميز الوقت. وهكذا ، كان هناك حديث عن خلايا الوقت (Eichenbaum ، 2014) التي من شأنها تدوين تصور الوقت.

الشيء المدهش في القضية هو ذلك المزيد والمزيد من الأدلة التي تدعم فكرة أن خلايا الأماكن هي نفسها خلايا الوقت. ثم ، نفس الخلية العصبية التي تستخدم نفس النبضات الكهربائية قادرة على ترميز المكان والزمان. تبقى العلاقة بين ترميز الوقت والمكان في نفس إمكانات الإجراء وأهميته في الذاكرة لغزًا.

في الختام: رأيي الشخصي

رأيي في ذلك؟ خلع رداء العالم ، أستطيع أن أقول ذلك اعتاد الإنسان على التفكير في الخيار السهل ونحب أن نعتقد أن الدماغ يتحدث نفس اللغة التي يتحدث بها لنا. المشكلة هي أن الدماغ يقدم لنا نسخة مبسطة من الواقع الذي يعالج هو نفسه. بطريقة مشابهة لظلال كهف أفلاطون. لذلك ، كما هو الحال في الفيزياء الكمومية ، فإن حواجز ما نفهمه حقيقة واقعة مكسورة ، في علم الأعصاب نكتشف أنه في الدماغ تختلف الأشياء عن العالم الذي ندركه بوعي ويجب أن يكون لدينا عقل متفتح للغاية أن الأمور لا تملك لماذا يكون كما نرى حقا لهم.

الشيء الوحيد الذي لدي واضح هو شيء اعتاد أنطونيو داماسيو على تكراره كثيرًا في كتبه: الدماغ هو مولد كبير للخرائط. ربما يفسر الدماغ الوقت والمكان بالطريقة نفسها لتعيين ذكرياتنا. وإذا بدا الأمر غريبًا ، فكر في أن أينشتين في نظريته النسبية كان من بين النظريات التي افترضها أنه لا يمكن فهم الوقت دون فراغ ، والعكس صحيح. مما لا شك فيه أن كشف هذه الألغاز يمثل تحديًا ، حتى عندما يكون من الصعب دراسة الجوانب في الحيوانات.

ومع ذلك ، لا ينبغي ادخار أي جهد في هذه القضايا. أول فضول. إذا درسنا توسع الكون أو موجات الجاذبية المسجلة مؤخرًا ، فلماذا لا ندرس كيف يفسر دماغنا الزمان والمكان؟ وثانياً ، يعاني العديد من الأمراض التنكسية العصبية مثل مرض الزهايمر من اضطراب في الزمان والمكان كأعراض أولية. من خلال معرفة الآليات الفيزيولوجية العصبية لهذا الترميز ، يمكننا اكتشاف جوانب جديدة تساعد على فهم المسار المرضي لهذه الأمراض بشكل أفضل ، ومن يدري ، ما إذا كان يجب اكتشاف أهداف دوائية أو غير صيدلانية جديدة..

المراجع الببليوغرافية:

• Eichenbaum H. 2014. خلايا الوقت في الحصين: بعدا جديدا لرسم خرائط الذكريات. الطبيعة 15: 732-742
• Frank LM، Brown EN، Wilson M. 2000. Traodeory encoding in the hippocampus and entorhinal cortex. الخلايا العصبية 27: 169-178.
• Fyhn M، Molden S، Witter MP، Moser EI، Moser M-B. 2004. التمثيل المكاني في القشرة الدماغية الأنفية. العلوم 305: 1258-1264
• Kentros C، Hargreaves E، Hawkins RD، Kandel ER، Shapiro M، Muller RV. 1998. إلغاء الاستقرار طويل المدى لخرائط خلايا مكان الحصين الجديدة بواسطة حصار مستقبلات NMDA. العلم 280: 2121-2126.
• موناكو دينار بحريني ، أبوت LF. 2011. إعادة تنظيم نمطية لنشاط خلية الشبكة كأساس لإعادة تعيين الحصين. J Neurosci 31: 9414-9425.
• O'Keefe J ، Speakman A. 1987. نشاط وحدة واحدة في الحصين الماوس أثناء مهمة الذاكرة المكانية. إكسب الدماغ القرار 68: 1 -27.
• Scoville WB، Milner B (1957). فقدان الذاكرة الحديثة بعد الحصين الثنائي. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.