'Tempat sel', sesuatu seperti GPS otak kita

Orientasi dan eksplorasi di ruang baru atau tidak dikenal adalah salah satu fakultas kognitif yang paling sering kita gunakan. Kami menggunakannya untuk membimbing kami di rumah kami, lingkungan kami, untuk pergi bekerja.

Kami juga bergantung padanya ketika kami bepergian ke kota baru dan tidak dikenal untuk kami. Kami menggunakannya bahkan ketika kami sedang mengemudi dan, mungkin, pembaca akan menjadi korban kecerobohan dalam orientasinya atau dalam pendamping, yang akan mengutuknya untuk tersesat, dipaksa untuk berkeliling dengan mobil sampai ia memberi dengan rute yang benar.

Itu bukan kesalahan orientasi, itu kesalahan hippocampus

Semua ini adalah situasi yang sering membuat kita frustrasi dan yang mengarahkan kita untuk mengutuk orientasi kita atau orang lain dengan penghinaan, teriakan dan berbagai perilaku. Bagus, Hari ini saya akan memberikan sapuan kuas pada mekanisme orientasi neurofisiologis, di kami GPS otak untuk memahami kita.

Kami akan mulai menjadi spesifik: kami tidak boleh mengutuk orientasi karena ini hanya produk dari aktivitas saraf kami di wilayah tertentu. Karena itu, kita akan mulai dengan mengutuk hippocampus kita.

Hippocampus sebagai struktur otak

Secara evolusi, hippocampus adalah struktur purba, itu adalah bagian dari arquikultura, yaitu, struktur yang secara filogenetis lebih tua pada spesies kita. Secara anatomis, itu adalah bagian dari sistem limbik, di mana struktur lain seperti amigdala juga ditemukan. Sistem Limbic dianggap sebagai substrat morfologis dari memori, emosi, pembelajaran dan motivasi.

Pembaca mungkin jika dia terbiasa dengan psikologi akan tahu bahwa hippocampus adalah struktur yang diperlukan untuk konsolidasi memori deklaratif, yaitu, dengan kenangan dengan konten episodik tentang pengalaman kita atau yang lain, semantik (Nadel dan O'Keefe, 1972).

Bukti dari ini adalah banyak penelitian yang ada tentang kasus populer dari "pasien HM", seorang pasien yang hemisfer temporal telah dihapus, menghasilkan amnesia anterograde yang menghancurkan, yaitu, ia tidak bisa mengingat fakta-fakta baru walaupun ia mempertahankan sebagian besar kenangan Anda dari sebelum operasi. Bagi mereka yang ingin masuk lebih dalam dalam kasus ini, saya merekomendasikan studi Scoville dan Millner (1957) yang mempelajari pasien HM secara mendalam..

Sel Place: apa itu??

Sejauh ini kami tidak mengatakan sesuatu yang baru, atau sesuatu yang mengejutkan. Tapi itu pada tahun 1971 ketika secara kebetulan fakta yang dihasilkan awal studi tentang sistem navigasi di otak ditemukan. O'keefe dan John Dostrovski, menggunakan elektroda intrakranial, bisa merekam aktivitas neuron spesifik-hippocampal pada tikus. Ini menawarkan kemungkinan bahwa ketika melakukan tes perilaku yang berbeda, hewan itu terjaga, sadar dan bergerak bebas.

Apa yang tidak mereka duga akan temukan adalah ada neuron yang merespons secara selektif tergantung pada area tempat tikus itu berada. Bukannya ada neuron spesifik untuk setiap posisi (misalnya, tidak ada neuron untuk kamar mandi Anda), tetapi mereka diamati pada sel CA1 (wilayah spesifik hippocampus) yang menandai titik referensi yang dapat disesuaikan dengan ruang yang berbeda..

Sel-sel ini disebut tempatkan sel. Karena itu, bukan berarti Anda memiliki neuron tempat untuk setiap ruang spesifik yang sering Anda kunjungi, melainkan titik referensi yang menghubungkan Anda dengan lingkungan Anda; Ini adalah bagaimana sistem navigasi egosentris terbentuk. Tempat neuron juga akan membentuk sistem navigasi yang mengalokasikan yang akan menghubungkan elemen ruang di antara mereka.

Pemrograman bawaan vs pengalaman

Penemuan ini membingungkan banyak ahli saraf yang menganggap hippocampus sebagai struktur pembelajaran deklaratif dan sekarang melihat bagaimana hippocampus dapat mengkodekan informasi spasial. Ini memunculkan hipotesis "peta kognitif" yang akan mendalilkan bahwa representasi lingkungan kita akan dihasilkan dalam hippocampus.

Sama seperti otak adalah penghasil peta yang sangat baik untuk modalitas sensorik lainnya seperti pengkodean sinyal visual, pendengaran dan somatosensor; Bukanlah tidak masuk akal untuk menganggap hippocampus sebagai struktur yang menghasilkan peta lingkungan kita dan yang menjamin orientasi kita di dalamnya.

Penelitian telah melangkah lebih jauh dan menguji paradigma ini dalam situasi yang sangat berbeda. Sebagai contoh, telah terlihat bahwa sel-sel tempat dalam tugas labirin menembak ketika hewan membuat kesalahan atau ketika berada dalam posisi di mana neuron biasanya akan menembak (O'keefe dan Speakman, 1987). Dalam tugas-tugas di mana hewan harus bergerak melalui ruang-ruang yang berbeda, telah terlihat bahwa tempat neuron menembak tergantung dari mana hewan itu berasal dan ke mana ia pergi (Frank et al., 2000).

Bagaimana peta ruang angkasa terbentuk

Lain fokus utama dari minat penelitian di bidang ini adalah tentang bagaimana peta spasial ini dibentuk. Di satu sisi kita dapat berpikir bahwa sel tempat membangun fungsinya berdasarkan pengalaman yang kita terima ketika kita menjelajahi suatu lingkungan, atau, kita mungkin berpikir bahwa itu adalah komponen dasar dari sirkuit otak kita, yaitu bawaan. Pertanyaannya belum jelas dan kita dapat menemukan bukti empiris yang mendukung kedua hipotesis.

Di satu sisi, percobaan Monaco dan Abbott (2014), yang mencatat aktivitas sejumlah besar sel di tempat, telah melihat bahwa ketika seekor hewan ditempatkan di lingkungan baru beberapa menit berlalu hingga sel-sel ini mulai menembak dengan Normalitas Jadi kalau begitu, Peta tempat akan diekspresikan, dengan cara tertentu, dari saat seekor hewan memasuki lingkungan baru, tetapi pengalaman akan mengubah peta ini di masa mendatang.

Oleh karena itu, kita mungkin berpikir bahwa plastisitas otak berperan dalam pembentukan peta spasial. Kemudian, jika plastisitas benar-benar memainkan peran, kita akan mengharapkan tikus untuk reseptor NMDA dari neurotransmitter glutamat - yaitu, tikus yang tidak mengekspresikan reseptor ini - tidak menghasilkan peta spasial karena reseptor ini memainkan peran mendasar dalam plastisitas otak dan belajar.

Plastisitas memainkan peran penting dalam pemeliharaan peta spasial

Namun, ini tidak terjadi, dan telah terlihat bahwa tikus knockout ke reseptor NMDA atau tikus yang telah diperlakukan secara farmakologis untuk memblokir reseptor ini, mengekspresikan pola respons sel yang serupa di lingkungan baru atau yang akrab. Ini menunjukkan bahwa ekspresi peta spasial tidak tergantung pada plastisitas otak (Kentrol et al., 1998). Hasil ini akan mendukung hipotesis bahwa sistem navigasi tidak tergantung pada pembelajaran.

Terlepas dari segalanya, dengan menggunakan logika, mekanisme plastisitas serebral harus jelas diperlukan untuk stabilitas dalam memori peta yang baru terbentuk. Dan, jika tidak demikian, apa gunanya pengalaman yang seseorang bentuk dengan berjalan-jalan di kotanya? Bukankah kita selalu merasa bahwa ini adalah pertama kalinya kita memasuki rumah kita? Saya percaya bahwa, seperti pada banyak kesempatan lain, hipotesis lebih komplementer daripada yang terlihat dan, dalam beberapa hal, meskipun fungsi bawaan dari fungsi-fungsi ini, plastisitas memiliki peran dalam mempertahankan peta spasial ini dalam memori.

Sel jaringan, alamat, dan tepi

Sangat abstrak untuk berbicara tentang sel tempat dan mungkin lebih dari satu pembaca telah terkejut bahwa area otak yang sama yang menghasilkan ingatan membantu kita, sehingga dapat dikatakan, GPS. Tapi kami belum selesai dan yang terbaik belum datang. Sekarang mari kita ikal ikalnya. Awalnya, diperkirakan bahwa navigasi ruang akan tergantung secara eksklusif pada hippocampus ketika terlihat bahwa struktur yang berdekatan seperti korteks entorhinal menunjukkan aktivasi yang sangat lemah sebagai fungsi ruang (Frank et al., 2000).

Namun, dalam studi ini aktivitas di daerah ventral dari korteks entorhinal dicatat dan dalam studi selanjutnya, daerah punggung dicatat, yang memiliki jumlah koneksi yang lebih besar ke hippocampus (Fyhn et al., 2004). Jadi kalau begitu diamati bahwa banyak sel di wilayah ini dipecat tergantung pada posisinya, mirip dengan hippocampus. Sampai di sini adalah hasil yang diharapkan untuk ditemukan tetapi ketika mereka memutuskan untuk menambah area yang akan mereka daftarkan di korteks entorhinal mereka mendapat kejutan: di antara kelompok-kelompok neuron yang diaktifkan tergantung pada ruang yang ditempati oleh hewan, ada zona yang tampaknya sunyi - yaitu, mereka tidak diaktifkan-. Ketika daerah yang menunjukkan aktivasi bergabung, pola diamati dalam bentuk segi enam atau segitiga. Mereka menyebut neuron-neuron ini dari korteks entorhinal "sel-sel merah".

Ketika sel-sel merah ditemukan, adalah mungkin untuk memecahkan pertanyaan tentang bagaimana sel-sel terbentuk. Memiliki sel-sel yang menempatkan banyak koneksi sel jaringan, tidak masuk akal untuk berpikir bahwa mereka terbentuk dari mereka. Namun, sekali lagi, semuanya tidak begitu sederhana dan bukti eksperimental belum mengkonfirmasi hipotesis ini. Pola geometris yang membentuk sel-sel jaringan belum dapat diinterpretasikan.

Sistem navigasi tidak direduksi menjadi hippocampus

Kompleksitas tidak berakhir di sini. Apalagi ketika telah terlihat bahwa sistem navigasi tidak direduksi menjadi hippocampus. Ini telah memungkinkan untuk memperluas batas penelitian ke area otak lain, sehingga menemukan jenis sel terkait sel lainnya yang ada: Sel pengarah dan sel tepi.

Sel-sel pengarah akan mengkodekan arah pergerakan subjek dan akan ditempatkan di inti dorsal tegmental batang otak. Di sisi lain, sel tepi adalah sel yang meningkatkan laju penembakan saat subjek mendekati batas ruang yang diberikan dan dapat ditemukan di wilayah subiculum spesifik dari hippocampus. Kami akan menawarkan contoh yang disederhanakan di mana kami akan mencoba merangkum fungsi setiap jenis sel:

Bayangkan Anda berada di ruang makan rumah Anda dan ingin pergi ke dapur. Karena Anda berada di ruang makan rumah Anda, Anda akan memiliki sel ruang yang akan menyala saat Anda tinggal di ruang makan, tetapi karena Anda ingin pergi ke dapur Anda juga akan memiliki sel aktif lain yang mewakili dapur. Aktivasi akan menjadi jelas karena rumah Anda adalah ruang yang Anda ketahui dengan sempurna dan aktivasi kami akan dapat mendeteksinya baik di sel tempat maupun di jaringan sel.

Sekarang, mulailah berjalan menuju dapur. Akan ada sekelompok sel-sel alamat khusus yang sekarang akan diaktifkan dan tidak akan berubah selama Anda mempertahankan arah tertentu. Sekarang, bayangkan bahwa untuk pergi ke dapur Anda harus berbelok ke kanan dan melintasi koridor yang sempit. Saat Anda menghidupkan, sel-sel alamat Anda akan mengetahuinya dan satu set sel alamat lainnya akan mendaftarkan alamat yang sekarang telah diaktifkan, dan yang sebelumnya akan dinonaktifkan.

Bayangkan juga bahwa koridornya sempit dan gerakan salah apa pun dapat menyebabkan Anda mengenai dinding, sehingga sel-sel tepi Anda akan meningkatkan laju tembakan Anda. Semakin dekat Anda ke dinding koridor, semakin tinggi rasio penembakan akan menunjukkan sel tepi Anda. Pikirkan sel tepi sebagai sensor yang dimiliki beberapa mobil baru dan yang membuat sinyal pendengaran saat Anda bermanuver untuk parkir. Sel tepi mereka bekerja dengan cara yang mirip dengan sensor ini, semakin dekat mereka untuk bertabrakan semakin banyak kebisingan yang mereka buat. Ketika Anda tiba di dapur, sel tempat Anda akan menunjukkan kepada Anda bahwa itu telah tiba dengan memuaskan dan karena itu adalah lingkungan yang lebih luas, sel tepi Anda akan rileks..

Mari kita mempersulit segalanya

Sangat penasaran untuk berpikir bahwa otak kita memiliki cara untuk mengetahui posisi kita. Tetapi masih ada pertanyaan: Bagaimana kita mendamaikan memori deklaratif dengan navigasi ruang di hippocampus ?, yaitu, bagaimana ingatan kita memengaruhi peta-peta ini? Atau mungkinkah ingatan kita terbentuk dari peta-peta ini? Untuk mencoba menjawab pertanyaan ini, kita harus berpikir lebih jauh. Penelitian lain menunjukkan bahwa sel yang sama yang mengkode ruang, yang telah kita bicarakan, juga kode waktu. Jadi, sudah ada pembicaraan sel waktu (Eichenbaum, 2014) yang akan menyusun persepsi waktu.

Yang mengejutkan tentang kasus ini adalah itu semakin banyak bukti yang mendukung gagasan bahwa tempat sel sama dengan sel waktu. Kemudian, neuron yang sama menggunakan impuls listrik yang sama mampu mengkode ruang dan waktu. Hubungan antara pengkodean waktu dan ruang dalam potensi aksi yang sama dan pentingnya mereka dalam memori tetap menjadi misteri.

Kesimpulannya: pendapat pribadi saya

Pendapat saya tentang itu? Melepaskan jubah ilmuwan saya, saya bisa mengatakan itu manusia terbiasa berpikir tentang pilihan yang mudah dan kami suka berpikir bahwa otak berbicara dengan bahasa yang sama dengan kita. Masalahnya adalah bahwa otak menawarkan kepada kita versi realitas yang disederhanakan yang dia proses sendiri. Dalam cara yang mirip dengan bayangan gua Plato. Jadi, seperti halnya dalam penghalang fisika kuantum dari apa yang kita pahami sebagai kenyataan terputus, dalam ilmu saraf kita menemukan bahwa dalam otak hal-hal berbeda dari dunia yang kita sadari secara sadar dan kita harus memiliki pikiran yang sangat terbuka bahwa segala sesuatu tidak memiliki mengapa kita benar-benar merasakannya.

Satu-satunya hal yang saya jelaskan adalah sesuatu yang digunakan oleh Antonio Damasio untuk sering mengulang dalam bukunya: otak adalah penghasil peta yang hebat. Mungkin otak menafsirkan waktu dan ruang dengan cara yang sama untuk memetakan ingatan kita. Dan jika itu tampak chimera, pikirkan bahwa Einsten dalam teorinya tentang relativitas, salah satu teori yang ia dalilkan adalah bahwa waktu tidak dapat dipahami tanpa ruang, dan sebaliknya. Tidak diragukan lagi mengungkap misteri ini adalah sebuah tantangan, terlebih lagi ketika mereka merupakan aspek yang sulit untuk dipelajari pada hewan.

Namun, tidak ada upaya yang harus dihindari dari masalah ini. Pertama penasaran. Jika kita mempelajari perluasan alam semesta atau gelombang gravitasi yang baru direkam, mengapa kita tidak mempelajari bagaimana otak kita menginterpretasikan waktu dan ruang? Dan, kedua, banyak penyakit neurodegeneratif seperti penyakit Alzheimer mengalami disorientasi ruang-waktu sebagai gejala pertama. Mengetahui mekanisme neurofisiologis dari pengkodean ini, kami dapat menemukan aspek-aspek baru yang akan membantu untuk lebih memahami perjalanan patologis penyakit ini dan, siapa tahu, apakah menemukan target farmakologis atau non-farmakologis yang baru..

Referensi bibliografi:

• Eichenbaum H. 2014. Sel waktu dalam hippocampus: dimensi baru untuk memetakan memori. Alam 15: 732-742
• Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Pengkodean lintasan di hippocampus dan korteks entorhinal. Neuron 27: 169-178.
• Fyhn M, Molden S, MP Witter, Moser EI, Moser M-B. 2004. Representasi spasial di korteks entorhinal. Sains 305: 1258-1264
• Kentros C, Hargreaves E, RD Hawkins, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Penghapusan stabilitas jangka panjang dari peta sel tempat hippocampal baru oleh blokade reseptor NMDA. Sains 280: 2121-2126.
• Monaco JD, Abbott LF. 2011. Penataan kembali modular aktivitas sel jaringan sebagai dasar untuk pemetaan ulang hippocampal. J Neurosci 31: 9414-9425.
• O'Keefe J, Speakman A. 1987. Aktivitas unit tunggal di hippocampus mouse selama tugas memori spasial. Exp Brain Res 68: 1 -27.
• Scoville WB, Milner B (1957). Kehilangan memori baru-baru ini setelah hippocampallesion bilateral. J Neurol Neurosurg Psychiatry 20: 11-21.