"خلايا المكان" ، شيء يشبه نظام تحديد المواقع لدينا الدماغ
يعتبر التوجيه والاستكشاف في المساحات الجديدة أو غير المعروفة إحدى الكليات المعرفية التي نستخدمها في أغلب الأحيان. نحن نستخدمها لتوجيهنا في منزلنا ، منطقتنا ، للذهاب إلى العمل.
كما نعتمد عليه عندما نسافر إلى مدينة جديدة وغير معروفة لنا. نحن نستخدمها حتى عندما نقود ، وربما يكون القارئ ضحية لإهمال في توجهه أو في رفيق ، والذي كان سيدينه ليكون ضائعاً ، وإجباره على الالتفاف على السيارة حتى مع الطريق المناسب.
إنه ليس خطأ الاتجاه ، إنه خطأ قرن آمون
كل هذه الحالات هي التي غالباً ما تحبطنا وتؤدي بنا إلى إهانة توجهنا أو توجه الآخرين بالشتائم والصيحات والسلوكيات المختلفة. كذلك، لأن اليوم سأعطي فرشاة في الآليات العصبية العصبية للتوجيه في منطقتنا نظام تحديد المواقع الدماغ لفهمنا
سنبدأ بالتحديد: يجب ألا نلعن التوجه لأنه فقط نتاج لنشاطنا العصبي في مناطق محددة. لذلك ، سنبدأ بشتم قرن آمون لدينا.
الحصين باعتبارها بنية الدماغ
على نحو تطوري ، فإن الحصين عبارة عن هيكل قديم ، وهو جزء من الاستزراع ، أي تلك البنى التي تكون أقدم سنا في جنسنا. تشريحيا ، هو جزء من الجهاز الحوفي ، حيث توجد أيضا هياكل أخرى مثل اللوزة. يعتبر نظام Limbic الركيزة المورفولوجية للذاكرة ، والعواطف ، والتعلم والتحفيز.
ربما يعرف القارئ إذا اعتاد على علم النفس أن الحصين هو هيكل ضروري لتوطيد الذكريات التوضيحية ، أي مع تلك الذكريات ذات المحتوى العرضي عن تجاربنا أو غير ذلك ، الدلالي (Nadel and O'Keefe، 1972) .
والدليل على ذلك هو الدراسات الوافرة الموجودة حول الحالة الشائعة لـ "المريض HM" ، وهو المريض الذي تم إزالة نصفي الكرة المخية منه ، مما أدى إلى فقدان الذاكرة التدريجي المدمر ، أي أنه لم يستطع حفظ حقائق جديدة على الرغم من أنه احتفظ بمعظم من ذكرياتك قبل العملية. بالنسبة لأولئك الذين يرغبون في تعميق هذه الحالة ، أوصي بدراسات سكوفيل وميلنر (1957) الذين درسوا المريض بشكل كامل.
خلايا المكان: ما هي؟
حتى الآن لا نقول أي شيء جديد ، أو أي شيء مثير للدهشة. ولكن في عام 1971 عندما تم اكتشاف الحقيقة التي ولدت بداية دراسة أنظمة الملاحة في الدماغ. O'keefe وجون دوستروفسكي ، باستخدام الأقطاب داخل القحف ، يمكن تسجيل نشاط الخلايا العصبية في قرن آمون محددة في الفئران . هذا يوفر إمكانية أنه في أثناء إجراء اختبارات سلوكية مختلفة ، كان الحيوان مستيقظا وواعيا ويتحرك بحرية.
ما لم يتوقعوا اكتشافه هو وجود عصبونات استجابت بشكل انتقائي تبعاً للمنطقة التي كان فيها الجرذان. ليس هناك خلايا عصبية محددة لكل موضع (لا يوجد عصبون لحمامك ، على سبيل المثال) ، ولكن تم رصدها في الخلايا CA1 (منطقة محددة من الحصين) التي ميزت النقاط المرجعية التي يمكن تكييفها مع مساحات مختلفة .
كانت تسمى هذه الخلايا خلايا مكان. لذلك ، ليس هناك وجود عصبون مكان لكل مساحة محددة متكررة ، بل هي نقاط مرجعية ترتبط بك ببيئتك. هذه هي الطريقة التي يتم بها تشكيل أنظمة ملاحة الأنانية. وستشكل الخلايا العصبية الموجودة أيضًا أنظمة ملاحة مُخصصة لربط عناصر الفضاء بينها.
البرمجة الفطري مقابل الخبرة
وقد حير هذا الاكتشاف العديد من علماء الأعصاب الذين اعتبروا قرن آمون بمثابة هيكل تعليمي مفترض ، وشهدوا الآن كيف تمكنوا من ترميز المعلومات المكانية. أدى هذا إلى فرضية "الخريطة المعرفية" التي تفترض أن يتم إنشاء تمثيل بيئتنا في قرن آمون.
كما أن الدماغ هو مولد ممتاز للخرائط للطرائق الحسية الأخرى مثل ترميز الإشارات البصرية والسمعية والحسية الجسدية ؛ ليس من غير المعقول التفكير في الحصين كهيكل يولد خرائط بيئتنا ويضمن توجهنا فيها .
وقد ذهب البحث إلى أبعد من ذلك ووضع هذا النموذج على المحك في حالات مختلفة للغاية. فقد شوهد ، على سبيل المثال ، أن خلايا المكان في مهام المتاهة تضرب عندما يرتكب الحيوان أخطاء أو عندما يكون في وضع يطلق فيه عادة على العصبون (O'keefe and Speakman، 1987).في المهام التي يجب أن يتحرك فيها الحيوان من خلال مساحات مختلفة ، كان من الملاحظ أن العصبونات الموجودة في المكان تصيب المكان الذي يأتي منه الحيوان وأين يسير (فرانك وآخرون ، 2000).
كيف يتم تشكيل الخرائط المكانية
وكان من بين النقاط الرئيسية الأخرى للاهتمام البحثي في هذا المجال على كيفية تشكيل هذه الخرائط المكانية. من ناحية ، يمكننا أن نفكر في أن الخلايا الموضعية تنشئ وظيفتها استنادًا إلى الخبرة التي نتلقاها عندما نكتشف بيئة ، أو قد نعتقد أنها مكوِّن أساسي في داراتنا الدماغية ، أي فطرية. السؤال ليس واضحًا بعد ، ويمكننا العثور على أدلة تجريبية تدعم الفرضيتين.
فمن ناحية ، شهدت تجارب موناكو وآبوت (2014) ، التي سجلت نشاط عدد كبير من الخلايا ، أنه عندما يتم وضع حيوان في بيئة جديدة تمر عدة دقائق حتى تبدأ هذه الخلايا في التصوير وضعها الطبيعي. وهكذا، سيتم التعبير عن خرائط الأماكن ، بطريقة ما ، من لحظة دخول الحيوان إلى بيئة جديدة لكن التجربة ستعدل هذه الخرائط في المستقبل.
لذلك ، قد نعتقد أن لدونة الدماغ تلعب دورًا في تكوين الخرائط المكانية. ثم ، إذا لعبت اللدونة دوراً حقيقياً ، فإننا نتوقع أن الفئران بالضربة القاضية لمستقبل NMDA للناقل العصبي الغلوتامات - أي الفئران التي لا تعبر عن هذا المستقبل - لن تولد خرائط مكانية لأن هذا المستقبل يلعب دورًا أساسيًا في لدغة الدماغ و التعلم.
تلعب اللدونة دوراً هاماً في صيانة الخرائط المكانية
ومع ذلك ، ليس هذا هو الحال ، وقد رأينا أن الفئران بالضربة القاضية لمستقبل NMDA أو الفئران التي تم علاجها دوائيا لمنع هذا المستقبل ، تعبر عن أنماط مماثلة من استجابة الخلايا في بيئات جديدة أو مألوفة. هذا يشير إلى أن تعبير الخرائط المكانية مستقل عن اللدونة الدماغية (Kentrol et al.، 1998). هذه النتائج تدعم الفرضية القائلة بأن أنظمة الملاحة مستقلة عن التعلم.
على الرغم من كل شيء ، باستخدام المنطق ، يجب أن تكون آليات اللدونة الدماغية ضرورية بشكل واضح للاستقرار في ذاكرة الخرائط التي تم تشكيلها مؤخرًا. وإذا لم يكن الأمر كذلك ، ماذا سيكون استخدام التجربة التي يتشكل بها المرء عن طريق المشي في شوارع مدينته؟ ألن يكون لدينا دائما شعور بأن هذه هي المرة الأولى التي ندخل فيها منزلنا؟ أعتقد أنه ، كما في مناسبات عديدة أخرى ، تكون الفرضيات أكثر تكاملاً مما تبدو ، وبطريقة ما ، على الرغم من الأداء الفطري لهذه الوظائف ، اللدونة لديها دور تلعبه في الحفاظ على هذه الخرائط المكانية في الذاكرة .
الشبكة والعنوان وخلايا الحافة
من غير المجرد الحديث عن خلايا المكان وربما أكثر من قارئ واحد فوجئ بأن نفس مجال الدماغ الذي يولد ذكريات يخدمنا ، إذا جاز التعبير ، GPS. لكننا لم ننتهي ، والأفضل لم يأت بعد. الآن دعونا نلقي حليقة حقا. في البداية ، كان يعتقد أن الملاحة الفضائية تعتمد حصرا على قرن آمون عندما كان ينظر إلى أن الهياكل المجاورة مثل القشرة المخية الأنفية الداخلية أظهرت التنشيط ضعيف جدا كدالة للفضاء (فرانك وآخرون ، 2000).
ومع ذلك ، في هذه الدراسات تم تسجيل النشاط في المناطق البطنية من القشرة المخية الأنفية الداخلية ، وفي الدراسات اللاحقة ، تم تسجيل المناطق الظهرية ، والتي لديها عدد أكبر من الوصلات إلى الحصين (Fyhn et al. ، 2004). لذا ، وقد لوحظ أن العديد من الخلايا في هذه المنطقة أطلقت اعتمادا على الموقف ، على غرار الحصين . حتى الآن يتوقع منهم أن يجدوا نتائج ، لكن عندما قرروا زيادة المساحة التي سيسجلونها في القشرة المخية الأنفية الداخلية ، كان لديهم مفاجأة: من بين مجموعات الخلايا العصبية التي تم تنشيطها اعتمادًا على المساحة التي يشغلها الحيوان ، كانت هناك مناطق صامتة على ما يبدو - أي أنها لم تكن كذلك. activadas-. عندما انضمت فعليًا المناطق التي أظهرت التنشيط ، لوحظت أنماط في شكل سداسيات أو مثلثات. لقد أطلقوا على هذه الخلايا العصبية في القشرة المخية "الخلايا الحمراء".
عندما تم اكتشاف خلايا حمراء ، كان من الممكن حل مسألة كيفية تشكيل الخلايا. بعد أن تضع الخلايا العديد من الوصلات لخلايا الشبكة ، ليس من غير المعقول الاعتقاد بأنها تتكون منها. ومع ذلك ، مرة أخرى ، فإن الأمور ليست بهذه البساطة ، ولم تؤكد الأدلة التجريبية هذه الفرضية. لم يتم بعد تفسير الأنماط الهندسية التي تشكل خلايا الشبكة.
لا يتم تخفيض أنظمة الملاحة إلى الحصين
التعقيد لا ينتهي هنا. أقل حتى عندما كان ينظر إلى أن أنظمة الملاحة لا يتم تخفيضها إلى قرن آمون. هذا جعل من الممكن توسيع حدود البحث إلى مناطق الدماغ الأخرى ، وبالتالي اكتشاف أنواع الخلايا الأخرى ذات الصلة بخلايا المكان: خلايا التوجيه والخلايا الحافة .
ستقوم خلايا التوجيه بتوجيه الاتجاه الذي يتحرك فيه الهدف وسيكون موجودًا في النواة الظهرية للجزء الجذري من جذع الدماغ. ومن ناحية أخرى ، فإن خلايا الحافة هي خلايا تزيد من معدل إطلاقها عندما يقترب الهدف من حدود مساحة معينة ويمكن العثور عليه في منطقة الحصين الخاصة بالحصان. سنقدم مثالًا مبسطًا سنحاول فيه تلخيص وظيفة كل نوع من الخلايا:
تخيل أنك في غرفة الطعام في منزلك وأنك تريد الذهاب إلى المطبخ. نظرًا لأنك في غرفة الطعام في منزلك ، سيكون لديك خلية غرفة ستطلق النار أثناء إقامتك في غرفة الطعام ، ولكن بما أنك تريد الذهاب إلى المطبخ ، سيكون لديك أيضًا غرفة أخرى مفعّلة بالحيوية تمثل المطبخ. سيكون التنشيط واضحًا لأن منزلك هو مساحة تعرفها تمامًا ويمكن اكتشاف التنشيط في كل من خلايا المكان وشبكة الخلايا.
الآن ، ابدأ بالمشي نحو المطبخ. سيكون هناك مجموعة من خلايا العنوان المحددة التي سيتم إطلاقها الآن ولن تتغير طالما تحتفظ باتجاه معين. الآن ، تخيل أنه للذهاب إلى المطبخ ، يجب عليك الاتجاه إلى اليمين وعبور ممر ضيق. في اللحظة التي تدور فيها ، ستعرف خلايا العناوين الخاصة بك وستقوم مجموعة أخرى من خلايا العنوان بتسجيل الاتجاه الذي تم تفعيله الآن ، وسيتم إلغاء تنشيط الخلايا السابقة.
تخيل أيضًا أن الممر ضيق وأن أي حركة خاطئة قد تتسبب في ضرب الحائط ، وبذلك تزيد خلايا الحافة من معدل إطلاق النار. كلما اقتربت من جدار الممر ، كلما كانت نسبة إطلاق النار أعلى ستظهر خلايا الحافة. فكر في خلايا الحافة مثل أجهزة الاستشعار التي تمتلكها بعض السيارات الجديدة والتي تقدم إشارة مسموعة عند المناورة لإيقاف السيارة. خلايا الحافة إنهم يعملون بطريقة مشابهة لتلك المستشعرات ، كلما اقتربوا من تصادم المزيد من الضوضاء التي يصدرونها . عند وصولك إلى المطبخ ، ستخبرك خلايا المكان التي وصلت إليها بشكل مرضٍ ، ولأنها بيئة أوسع ، فإن خلايا الحافة الخاصة بك ستسترخي.
دعونا مجرد تعقيد كل شيء
من الغريب التفكير في أن دماغنا لديه طرق لمعرفة موقفنا. ولكن ما زال هناك سؤال: كيف يمكننا التوفيق بين الذاكرة التقريرية والملاحة الفضائية في قرن آمون ؟، أي كيف تؤثر ذكرياتنا على هذه الخرائط؟ أو يمكن أن تكون ذكرياتنا قد تشكلت من هذه الخرائط؟ في محاولة للإجابة على هذا السؤال يجب أن نفكر قليلاً. وقد أشارت دراسات أخرى إلى أن نفس الخلايا التي ترمز إلى الفضاء ، والتي تحدثنا عنها بالفعل ، ترمز أيضًا إلى الوقت . وبالتالي ، كان هناك حديث عن الخلايا الزمنية (Eichenbaum، 2014) التي من شأنها أن ترمز إلى مفهوم الوقت.
الشيء المدهش في القضية هو ذلك المزيد والمزيد من الأدلة التي تدعم فكرة أن الخلايا مكان هي نفسها الخلايا الزمنية . ثم ، فإن نفس العصبون الذي يستخدم نفس النبضات الكهربائية قادر على رمز الفضاء والوقت. تظل العلاقة بين ترميز الزمن والمكان في نفس إمكانات الفعل وأهميتها في الذاكرة لغزا.
في الختام: رأيي الشخصي
رأيي في ذلك؟ اخلع رداء عوفي ، أستطيع أن أقول ذلك اعتاد الإنسان على التفكير في الخيار السهل ونحب أن نعتقد أن الدماغ يتحدث نفس اللغة التي نتحدث بها . المشكلة هي أن الدماغ يقدم لنا نسخة مبسطة عن الواقع الذي يعالجه بنفسه. بطريقة مشابهة لظلال كهف أفلاطون. لذا ، وكما هو الحال في الفيزياء الكمومية ، فإن حواجز ما نفهمه كواقعية قد تم كسرها ، في علم الأعصاب نكتشف أن الأشياء في الدماغ مختلفة عن العالم الذي ندركه بوعي ، ويجب أن يكون لدينا عقل متفتح جدًا لدرجة أن الأشياء لا تملكها. لماذا نكون كما نراهم حقا.
الشيء الوحيد الذي أوضحته هو شيء استخدمه أنطونيو داماسيو لتكرار الكثير في كتبه: الدماغ هو مولد خريطة رائعة . ربما يفسر الدماغ الوقت والمساحة بنفس الطريقة لتعيين ذكرياتنا. وإذا بدا الأمر خادعًا أن تظن أن أينشتاين في نظريته النسبية ، فإن إحدى النظريات التي افترضها هي أنه لا يمكن فهم الزمن بدون فراغ ، والعكس صحيح. مما لا شك فيه أن كشف هذه الألغاز يمثل تحديًا ، حتى عندما تكون هناك جوانب صعبة للدراسة في الحيوانات.
ومع ذلك ، ينبغي ألا يدخر أي جهد في هذه القضايا. أولا الفضول. إذا درسنا توسع الكون أو موجات الجاذبية المسجلة حديثًا ، فلماذا لا ندرس كيف يفسر دماغنا الزمان والمكان؟ وثانيا ، العديد من الأمراض العصبية التنكسية مثل مرض ألزهايمر لها اضطراب في الزمكان مثل الأعراض الأولى.مع معرفة الآليات العصبية الفسيولوجية لهذا الترميز ، يمكننا اكتشاف جوانب جديدة من شأنها أن تساعد على فهم أفضل للمرض المرضي لهذه الأمراض ، ومن يدري ، اكتشاف أهداف دوائية جديدة أو غير الدوائية.
مراجع ببليوغرافية:
- Eichenbaum H. 2014. الخلايا الزمنية في قرن آمون: بُعد جديد لرسم الخرائط. الطبيعة 15: 732-742
- Frank LM، Brown EN، Wilson M. 2000. Trajectory encoding in the hippocampus and entorhinal cortex. العصبون 27: 169-178.
- Fyhn M، Moulden S، Witter MP، Moser EI، Moser M-B. 2004. التمثيل المكاني في القشرة المخية الأنفية. العلوم 305: 1258-1264
- Kentros C، Hargreaves E، Hawkins RD، Kandel ER، Shapiro M، Muller RV. 1998. إلغاء الاستقرار طويل الأجل لخلايا جديدة لخلية قرن آمون في أماكن من قبل حصار مستقبل NMDA. العلم 280: 2121-2126.
- Monaco JD، Abbott LF. 2011. إعادة ترتيب وحدات من نشاط خلية الشبكة كأساس لإعادة تشكيل الحصين. J Neurosci 31: 9414-9425.
- O'Keefe J، Speakman A. 1987. Single unit activity in the mouse hippocampus during a spatial memory task. Exp Brain Res 68: 1-27.
- Scoville WB، Milner B (1957). فقدان الذاكرة الحديثة بعد hippocampallesion الثنائية. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.
