우리 뇌의 GPS와 같은 '장소 세포'

오리엔테이션과 새롭거나 알려지지 않은 공간에서의 탐사는 우리가 가장 자주 사용하는인지 능력 중 하나입니다. 우리는 그것을 우리 집, 우리 이웃, 일하기 위해 인도하기 위해 사용합니다.

우리가 새롭고 알려지지 않은 도시로 여행 할 때도 우리는 그것에 의지합니다. 우리는 운전할 때조차도 그것을 사용합니다. 아마도 독자는 자신의 방향이나 부패의 부주의로 인해 피해자가되었을 것입니다. 길을 잃은 것을 비난하고, 차가 돌아올 때까지 차로 돌아 가야합니다. 적절한 경로로

그것은 오리엔테이션의 잘못이 아닙니다. 그것은 해마의 잘못입니다.

이 모든 것들은 종종 우리를 좌절시키고 모욕, 외침과 다양한 행동으로 우리의 오리엔테이션이나 다른 사람들의 욕구를 저주하게합니다. 음, 오늘 나는 오리엔테이션의 신경 생리 학적 메커니즘에 붓질을 줄 것이기 때문에 , 우리의 두뇌 GPS 우리를 이해하기 위해

우리는 구체적으로 시작합니다 : 특정 지역에서 우리의 신경 활동의 산물이기 때문에 방향을 저주해서는 안됩니다. 그러므로 우리는 해마를 저주하여 시작합니다.

뇌 구조로서의 해마

진화 적으로, 해마는 고대 구조이며, 그것은 종의 구조상으로 계승되어있는 구조물 인 arquiculture의 일부입니다. 해부학 적으로, 그것은 편도와 같은 다른 구조가 또한 발견되는 변연계의 일부이다. Limbic System은 기억, 감정, 학습 및 동기 부여의 형태 학적 기질로 간주됩니다.

독자가 아마도 심리학에 익숙하다면 해마는 선언적 기억의 통합, 즉 우리 경험이나 다른 의미 론적 내용을 담은 기억과 함께 의미 론적 구조임을 알 것이다 (Nadel and O'Keefe, 1972) .

이것의 증거는 "환자 HM"의 대중적인 경우에 대한 풍부한 연구이며, 환자의 측두엽 반구가 제거되어 전장 기억 상실증을 낳습니다. 즉, 환자의 대부분을 보존했지만 새로운 사실을 암기 할 수는 없습니다. 수술 전의 추억을 이 경우에 깊어지기를 원하는 사람들에게 HM 환자를 철저히 연구 한 Scoville and Millner (1957)의 연구를 추천합니다.

장소 세포 : 그들은 무엇입니까?

지금까지 우리는 새로운 것을 말하거나 놀라운 것을 말하지 않습니다. 그러나 우연히 뇌의 네비게이션 시스템 연구의 시작을 만든 사실이 발견 된 것은 1971 년이었습니다. O'keee와 John Dostrovski는 두개 내 전극을 사용하여, 쥐의 해마 특이 적 뉴런의 활동을 기록 할 수있다. . 이것은 다른 행동 검사를 수행하는 동안 깨어 있고 의식이 있으며 자유롭게 움직일 가능성을 제시했습니다.

그들이 발견하지 못했던 것은 쥐가있는 영역에 따라 선택적으로 반응하는 뉴런이 있다는 것입니다. 각 위치에 특정한 뉴런이 있다는 것은 아닙니다 (예를 들어, 당신의 욕실에 뉴런이 없음), CA1 (해마의 특정 영역)에서 관찰되었지만, 다른 공간에 적용될 수있는 기준점을 표시했습니다 .

이 세포들은 셀 배치. 그러므로, 빈번히 발생하는 각각의 특정 공간을위한 장소의 뉴런이 있다는 것이 아니라 오히려 그것들을 당신의 환경과 관련시키는 참고 점입니다; 이것은 egocentric 네비게이션 시스템이 형성되는 방법이다. 장소 뉴런은 또한 그들 사이의 공간 요소를 관련 짓는 할당 된 네비게이션 시스템을 형성 할 것이다.

혁신적인 프로그래밍 대 경험

이 발견은 해마를 선언적 학습 구조로 간주하고 이제 어떻게 공간 정보를 부호화 할 수 있는지를 보는 많은 신경 과학자에게 난처한 결과를 가져왔다. 이것은 우리의 환경의 표현이 해마에서 생성 될 것이라고 가정하는 "인지지도"에 대한 가설을 야기했다.

뇌가 시각, 청각 및 체 감각 신호의 코딩과 같은 다른 감각 양상을위한지도의 탁월한 생성기 인 것처럼; 해마를 우리 환경의지도를 생성하고 우리의 방향을 보장하는 구조로 생각하는 것은 비합리적이지 않습니다. .

연구는 계속 진행되어 매우 다른 상황에서이 패러다임을 시험에 적용했습니다. 예를 들어, 미로 작업에서의 장소의 세포가 동물이 실수를 할 때 또는 뉴런이 보통 쏘을 위치에있을 때 (O'keefe and Speakman, 1987) 볼 수 있습니다.동물이 다른 공간을 통과해야만하는 작업에서, 장소 뉴런은 동물의 출처와 출처에 따라 달라진다 (Frank et al., 2000).

공간 맵의 형성 방법

이 분야에 대한 연구 관심의 또 다른 주요 초점은 이러한 공간 맵이 어떻게 형성되어 왔는지에 있습니다. 한편으로 우리는 장소 세포가 우리가 환경을 탐험 할 때 우리가받은 경험에 기초하여 기능을 확립 할 수 있다고 생각할 수도 있고 그것이 우리의 뇌 회로의 기본 구성 요소, 즉 타고난 것이라고 생각할 수도 있습니다. 문제는 아직 명확하지 않으며 두 가설을 뒷받침하는 경험적 증거를 찾을 수 있습니다.

한편으로 많은 세포의 활동을 기록한 Monaco and Abbott (2014)의 실험은 동물이 새로운 환경에 놓여질 때이 세포들이 정상 그래서, 장소지도는 동물이 새로운 환경에 들어가는 순간부터 어떤 식 으로든 표현 될 것입니다 , 그러나 경험은 미래에이지도를 수정할 것입니다.

그러므로 우리는 뇌의 소성 (plasticity)이 공간지도의 형성에 중요한 역할을한다고 생각할 수 있습니다. 소성이 정말로 중요한 역할을한다면 우리는 신경 전달 물질 글루타메이트의 NMDA 수용체 (이 수용체를 발현하지 않는 쥐)에서 녹아웃 마우스가 공간지도를 생성하지 않을 것이라고 기대할 것입니다. 왜냐하면이 수용체가 뇌 소성에 기본적인 역할을하기 때문입니다. 학습

가소성은 공간 맵의 유지에 중요한 역할을합니다.

그러나 이것은 사실이 아니며, NMDA 수용체에 대한 녹아웃 마우스 또는이 수용체를 차단하기 위해 약리학 적으로 처리 된 마우스가 새롭거나 친숙한 환경에서 세포의 유사한 반응 패턴을 표현하는 것으로 나타났습니다. 이것은 공간지도의 표현이 뇌 소성과 독립적이라는 것을 시사한다 (Kentrol et al., 1998). 이 결과는 네비게이션 시스템이 학습과 독립적이라는 가설을 뒷받침 해줄 것이다.

그럼에도 불구하고, 논리를 사용하여, 최근에 형성된지도의 기억의 안정을 위해 대뇌 소성의 메커니즘이 분명히 필요합니다. 그리고 그렇지 않은 경우, 도시의 거리를 걸어서 경험하는 것이 무엇이 될까요? 우리가 처음으로 우리 집에 들어온 것 같은 느낌을 항상 가지 않겠습니까? 나는 많은 다른 경우처럼, 가설은 그들이 보인 것보다 보완 적이라고 생각하며, 어떤면에서는 이러한 기능의 타고난 기능에도 불구하고, 소성은 이러한 공간적지도를 기억 속에 유지하는 역할을한다. .

네트워크, 주소 및 가장자리 셀

그것은 장소 세포에 대해 이야기하는 것은 아주 추상적이며 아마도 기억을 생성하는 똑같은 두뇌 영역이 우리에게, 즉 GPS를 제공한다는 것에 놀랐습니다. 그러나 우리는 끝나지 않았으며 최선의 것이 아직 없습니다. 자 이제 컬을 컬하게하십시오. 처음에, 공간 내비게이션은 entorhinal cortex와 같은 인접 구조가 공간의 함수로서 매우 약한 활성화를 보였을 때만 해마에 의존한다고 생각되었다 (Frank et al., 2000).

그러나 이러한 연구에서 앙 망내 피질의 복부 영역에서의 활동이 기록되었고 이후 연구에서 해마에 더 많은 수의 연결이있는 지느러미 영역이 기록되었다 (Fyhn et al., 2004). 그래서, 그렇다면 이 지역의 많은 세포가 해마와 비슷한 위치에 따라 발사된다는 것이 관찰되었다 . 지금까지 그들은 결과를 발견 할 것으로 기대되지만 그들은 entorhinal cortex에 등록 할 영역을 늘리기로 결정했을 때 놀랐습니다. 동물에 의해 점유 된 공간에 따라 활성화 된 뉴런 그룹 중에는 분명히 침묵 영역이있었습니다. 활성화 됨. 활성화를 보이는 영역이 가상으로 결합되면 육각형 또는 삼각형 형태로 패턴이 관찰됩니다. 그들은 entorhinal cortex "red cells"의 뉴런이라고 불렀습니다.

적혈구가 발견되면 어떻게 세포가 형성되는지에 대한 문제를 해결할 수있었습니다. 세포가 네트워크 세포의 수많은 연결을 놓는다면, 그것들이 그들로부터 형성되었다고 생각하는 것은 무리가 아닙니다. 그러나 다시 한번, 사물이 그렇게 간단하지 않고 실험적 증거는이 가설을 확인하지 못했다. 네트워크 셀을 형성하는 기하학적 패턴은 아직 해석 될 수 없었습니다.

항해 시스템은 해마로 축소되지 않습니다.

복잡성은 여기서 끝나지 않습니다. 네비게이션 시스템이 해마로 줄어들지 않는 것을 보았을 때보 다 훨씬 적습니다. 이로 인해 연구의 한계를 다른 뇌 영역으로 확대하여 장소 세포와 관련된 다른 세포 유형을 발견 할 수있었습니다. 스티어링 셀 및 에지 셀 .

스티어링 셀 (steering cells)은 피험자가 움직이는 방향을 코드화하고 뇌간의 대뇌 피질 핵에 위치하게됩니다. 한편, 가장자리 세포는 대상이 주어진 공간의 한계에 접근하고 해마의 하 낭 특이 적 영역에서 발견 될 수있을 때 발화 속도를 증가시키는 세포입니다. 우리는 각 유형의 세포의 기능을 요약하려고하는 간단한 예를 제시 할 것입니다.

당신이 당신 집의 식당에 있고 당신이 부엌에 가고 싶다고 상상해보십시오. 당신이 집의 식당에 있기 때문에 식당에 머물고있는 동안 발사 할 룸 셀을 갖게 될 것입니다.하지만 부엌으로 가고 싶으므로 부엌을 나타내는 또 다른 활성화 된 방 셀을 갖게 될 것입니다. 당신의 집은 당신이 완벽하게 알고있는 공간이고 장소의 세포와 세포 네트워크에서 활성화가 감지 될 수 있으므로 활성화가 명확합니다.

이제 부엌쪽으로 걷기 시작하십시오. 특정 방향을 유지하는 한 현재 발사되고 변경되지 않는 특정 주소 셀 그룹이 있습니다. 자, 부엌으로 가려면 우회전하고 좁은 복도를 건너야한다고 상상해보십시오. 당신이 돌아서 자마자, 당신의 주소 세포는 그것을 알게 될 것이고 또 다른 주소 세포 세트는 이제 그것이 활성화되기 위해 취한 방향을 등록 할 것이고 이전의 것들은 비활성화 될 것입니다.

복도가 좁고 어떤 잘못된 움직임이라도 벽에 부딪 칠 수 있다고 상상해보십시오. 따라서 가장자리 세포가 발사 속도를 증가시킵니다. 복도 벽에 가까이 갈수록 발사 비율이 높아져 가장자리 세포가 보입니다. 에지 셀을 신형 자동차가 가지고있는 센서로 생각하고 공원에 기동 할 때 신호음을냅니다. 에지 셀 그들은이 센서와 비슷한 방식으로 작동합니다. 더 많은 노이즈를 충돌 시키면 가까워집니다. . 당신이 부엌에 도착하면, 당신의 장소 세포는 그것이 만족스럽게 도착했다고 말했을 것이고 넓은 환경이기 때문에 가장자리 세포가 이완 될 것입니다.

모든 것을 복잡하게 만들자.

우리 두뇌가 우리의 위치를 ​​알 수있는 방법을 가지고 있다고 생각하는 것이 궁금합니다. 그러나 선언적 기억과 해마의 우주 항법을 어떻게 조율 할 것인가, 즉 우리의 기억이이지도에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 질문이 여전히 남아 있습니다. 아니면 우리의 기억이이지도에서 형성되었을 수 있습니까? 이 질문에 대답하려고하면 조금 더 생각해야합니다. 다른 연구에 따르면 코드 공간과 동일한 셀, 즉 이미 말한 셀은 시간을 코드화합니다 . 따라서, 시간 셀 (Eichenbaum, 2014). 시간의 인식을 규정 할 것이다.

이 사건에 대한 놀라운 점은 장소 세포가 시간 세포와 동일하다는 아이디어를지지하는 점점 더 많은 증거 . 그런 다음 동일한 전기 자극을 사용하는 동일한 뉴런이 공간과 시간을 코드화 할 수 있습니다. 동일한 행동 잠재력에서 시간과 공간의 부호화와 기억의 중요성 사이의 관계는 여전히 수수께끼로 남아 있습니다.

결론 : 내 개인 의견

그것에 대해 내 의견은? 내 과학자의 가운을 벗고, 나는 말할 수있다. 인간은 쉬운 선택에 대해 생각하는 것에 익숙하며 우리는 뇌가 우리와 같은 언어를 사용한다고 생각하는 것을 좋아합니다. . 문제는 뇌가 자신이 처리하는 현실의 단순화 된 버전을 제공한다는 것입니다. 플라톤의 동굴 그림자와 비슷한 방식으로. 따라서 양자 물리학에서 우리가 현실로 이해하는 장벽이 깨진 것처럼 신경 과학에서 우리는 뇌에서 물질이 우리가 의식적으로 인식하는 세계와 다르다는 것을 발견합니다. 우리는 물질이 가지지 못하는 열린 마음을 가져야합니다. 왜 우리가 정말로 그들을 인식하는지.

내가 분명히하는 유일한 것은 그의 책에서 Antonio Damasio가 많은 것을 반복하는 데 사용되는 것입니다. 두뇌는 훌륭한지도 생성기입니다. . 아마도 두뇌는 우리의 기억을 매핑하는 것과 같은 방식으로 시간과 공간을 해석합니다. 그리고 만약 당신이 Einsten이 그의 상대성 이론에서 그가 가정 한 이론 중 하나가 시간이 공간없이 이해 될 수 없다고 생각한다면, 그리고 그 반대도 마찬가지라고 생각하면 당신은 키메라처럼 보입니다. 의심 할 여지없이이 신비를 푸는 것은 어려운 과제이며, 동물에서 공부하기가 어려운 경우 더욱 그렇습니다.

그러나 이러한 문제에 대해서는 아무런 노력을 기울이지 않아야합니다. 호기심의 첫 번째. 우리가 우주의 팽창이나 최근에 기록 된 중력파를 연구한다면 왜 우리의 두뇌가 시공간을 어떻게 해석 하는지를 연구하지 않겠습니까? 둘째, 알츠하이머 병과 같은 신경 퇴행성 병리학의 많은 부분에서 첫 증상으로 시공간적 인 방향 감각 상실이 있습니다.이 코딩의 신경 생리학 적 메커니즘을 알면, 우리는 이러한 질병의 병리학 적 경과를 더 잘 이해하고 새로운 약리학 적 또는 비 약물 학적 목표를 발견하는 데 도움이되는 새로운 측면을 발견 할 수 있습니다.

서지 참고 문헌 :

• Eichenbaum H. 2014. 해마의 시간 세포 : 기억을 매핑하기위한 새로운 차원. 네이처 15 : 732-742
• 프랭크 LM, 브라운 EN, 윌슨 M. 2000. 해마와 entorhinal 피질의 탄도 인코딩. Neuron 27 : 169-178.
• Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. entorhinal 피질의 공간 표현. 사이언스 305 : 1258-1264
• Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. NMDA 수용체 봉쇄에 의한 새로운 해마 위치 세포지도의 장기 안정성의 폐지. Science 280 : 2121-2126.
• Monaco JD, 애보트 LF. 2011. 해마 재 매핑을위한 기초로서 격자 세포 활동의 모듈러 재편성. J Neurosci 31 : 9414-9425.
• O'Keefe J, Speakman A. 1987. 공간 기억 작업 중 마우스 해마에서의 단일 단위 활동. Exp Brain Res 68 : 1-27.
• Scoville WB, Milner B (1957). 양측 해마 후 최근 기억 상실. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20 : 11-21.