Útban vagy a munkához, amikor elméd előrelendül az előadásra, amelyet délutánra tervezel tartani. Magának gyakorolja a beszélgetését, amikor felmegy az irodába, felkészülve a kollégák által feltett kérdésekre. Később, amikor megsemmisíti az e-mail postafiókját, a végtelen görgetés közben átgondolja az ebéd lehetőségeit.

Ez csak néhány példa arra, hogy minden cselekedet, amelyet a való világban teszünk, magában hordozza azt a rejtett, alternatív cselekvést is, amelyet csak elképzelni tudtunk. Jelentős kutatási erőfeszítéseket fektettek az aktív döntéshozatal módjának és miértjének megértésébe, de új bizonyítékok azt mutatják, hogy az alternatív valóságban eltöltött idő szintén fontos neurológiai célt szolgál.

Az agy számos része együttműködik mentális térképeink felépítésében, de a térbeli navigáció fő szereplői a hippokampusz, a memória helye az agyban, és az entorhinalis kéreg, amely a hippocampus és továbbítja az ott keletkezett információkat a magasabb feldolgozási területekre.

Már 1948-ban felvetették, hogy a rágcsálók különféle környezeti jelekre támaszkodva készítsenek térképeket az útvesztő-tanulási feladatok jutalmához. Ennek a térképnek és a létrehozó sejteknek a természete azonban rejtély maradt. Harminc évvel később a kutatók megfigyelték, hogy a patkányok specifikus hippokampus sejtjei gyakrabban lángolnak, amikor meghatározott helyekre lépnek. Figyelemre méltó, hogy ezeknek a sejthálózatoknak a tüzelési mintázata az idő múlásával stabil, még a kezdeti aktiválásukkor jelen lévő jelek hiányában is. Ezeknek a leíró nevű „helysejteknek” a felfedezése utat nyitott az útkeresés neurobiológiai alapjának pontosabb kikérdezéséhez.

Amikor helysejteket fedeztek fel, javasolt funkciójuk az volt, hogy létrehozzák az adott tér egy-egy topográfiai térképét. A fizikai világtól az agy felé vezető úton érzékszervi ábrázolásaink többsége az úgynevezetteket mutatja be topográfiai szervezet. Képzelje el, hogy beszáll az autójába, és elindul ismeretlen alkatrészekért. Számíthat a műholdas navigációra, a GPS-re vagy a papír térképre, amely eligazítja Önt az úticélhoz. Ahogy a térkép minden pontja megegyezik az utazás egy meghatározott tereptárgyával, a cellák is rögzítsék magukat a környezet bizonyos tereptárgyaihoz, hogy eligazodjanak az űrben.

Belső térbeli topográfiánk kifinomultabb, a hippokampus sejtjei bizonyos ingerek, jelek vagy jutalmak reprezentációit kódolják azzal összefüggésben, hogy az állat hogyan viselkedik ezeken a tereken belül. Képzelje el például, hogy egy ismeretlen országban érkezik a repülőtérre. Lehet, hogy általános ismeretekkel rendelkezik a repülőtér fogalmáról, valamint az ismert vizuális tereptárgyakról, amelyek horgonyoznak ebben az új térben. Ezen információk egy része életrajzi, felhasználva a többi repülőtér egyedi emlékeit.

Attól függően, hogy ezek a tapasztalatok pozitívak vagy negatívak voltak-e, ezeknek a tereknek az érzelmi jelentősége is hozzájárul az Ön személyes térképéhez, és ezek a tényezők együttesen létrehozzák a tér élményét, amely sokkal gazdagabb, mint a tereptárgyak egyszerű összeszerelése.

„Helyezze a sejteket a környezet meghatározott tereptárgyaihoz, hogy eligazodjanak az űrben.”

Újabb, főemlősökön végzett vizsgálatok feltárták, hogy a hippokampusz sejtjei kissé eltérően működnek a főemlősök agyában, mint a rágcsálók agyában, és különféle ingerekre válaszul lőnek, amelyek nem szorosan kötődnek helyhez. Egereknél, főemlősöknél és embereknél folyó munka azt is megállapította, hogy a hippokampusz nem egyedülálló szereplő. Lépjen be az entorhinalis kéregbe, amely az érzékszervi információkat továbbítja a hippocampushoz, és hídként működik a neocortex felé, ahol sok kifinomultabb kognitív és motoros parancs kiadásra kerül.

A kutatók nemrégiben leírtak a sejtek hálózata az entorhinalis kéregben, úgynevezett „rácsos sejtek”, amely a saját környezetéhez viszonyított mozgását kódolja, és egy kritikus darabot ad hozzá a helycellás puzzle-hoz, ha szélesebb navigációs stratégiákról van szó. A rácshálózatok pontosabban ábrázolhatják az objektumok közötti irányt és távolságokat egy térben, a belső mozgásjelek alapján, nem pedig a térből származó szenzoros bemenet alapján. Ezek a rendszerek együttműködve dinamikusan reprezentálják a tereket a tapasztalatok által módosítható módon, rugalmasan beépítve az új információkat, de lehetővé téve ezeknek a tereknek az idővel történő megismerését is.

De ha egyszer egy tér ábrázolását szem előtt tartjuk, hogyan dönthetünk el arról, hogyan lépjünk kapcsolatba vele? Ehhez aktív döntéshozatalra van szükség, a döntéshozatal pedig a jutalom. Itt válnak különösen fontossá a navigációs rendszerünket alkotó idegsejtek nem térbeli tulajdonságai. A kutatók rágcsáló-vizsgálatok során azt tapasztalták, hogy a környezet bizonyos tárgyainak észlelt jutalomértéke vagy jelentősége erősebben elmozdíthatja a sejtek lövésmintáit az irányukba. Ezért egy jósolt jutalomérték, amely egy labirintus adott fordulatához vagy helyéhez kapcsolódik, így lenne megjósolni az irányú mozgást. És mi van a nem választott utakkal?

Nemrégiben egy csapat az UCSF kutatói patkányokban mért hippocampalis sejtsejteket, amikor elvégezték a térbeli navigációs feladatokat. A patkányokat labirintusba helyezték, és idegi aktivitásukat valós időben ábrázolták, amikor a választási pontban eltérő utak közül választottak. Ily módon a kutatók egyedi helysejtlövési mintákat tudtak kijelölni, amelyek a labirintus minden egyes karjának megfeleltek, miután a patkány választott és haladt tovább.

Feltűnő, hogy amikor a patkány megközelítette a választási pontot, a labirintus bármelyik karját képviselő helycellák mindegyik sorozata gyorsan felváltva lőtt, és a választás meghozatala előtt bármelyik lehetséges jövőben dobta a kockát. Ez azt jelenti, hogy nemcsak az az út, amelyen az állat végül valós időben halad, hanem a lehetséges alternatív út is egyenlően van ábrázolva az idegi térben, mechanisztikus magyarázatot adva a jövő mentális reprezentációjára.

„A lehetséges alternatív út egyenlően van ábrázolva az idegi térben, mechanisztikus magyarázatot adva a jövő mentális reprezentációjára.”

A rágcsálóknál a navigációs vizsgálatok egyszerű asztali egységekben zajlanak, amelyek nem képesek megragadni a valós környezet összetettségét. Virtuális valóság személyes szórakozásként egyre népszerűbbé vált, de a kutatók számára is soha nem látott változatosságot és irányítást kínál a térbeli navigációs kutatásban. Az Egyesült Királyság egyik csoportja a Sea Hero Quest nevű mobil játékkal rögzítette az egyik legnagyobb adatkészletet a térbeli gondolkodásról a korcsoportok között.

Játékmenet adatai azt jelzi, hogy a térbeli érvelés 19 éves korunkban csökkenni kezdhet, és a játékosok útválasztása attól függően változott, hogy hordozták-e az APOE gén e4 variánsát, amelyet régóta használnak Alzheimer-kór klinikai diagnosztikai markereként. Az ilyen új stratégiák, amelyek az egyszerű mobil játékokat klinikai adatgyűjtő eszközökké alakítják, nagymértékben kibővíthetik annak megértését, hogy pontosan hogyan haladnak a neurodegeneratív betegségek, és felgyorsíthatják a személyre szabott korai diagnózis kialakulását.

A jövőről való gondolkodásunk megértésének nagy része olyan betegek tanulmányozásából származik, akik már nem tudnak felidézni a múltat. Az idegtudomány nagyon korai napjaitól kezdve, amikor a sérüléses vizsgálatok gyakran a rendelkezésünkre álló informatív eszközök voltak az agy különböző részeinek működésének megismerésére, megértettük, hogy a hippocampus szükséges a memória felidézéséhez.

A hipokampus károsodása amnéziával, valamint a térbeli érvelés romlásával jár. De számos mérföldkőnek bizonyult tanulmány kimutatta, hogy a hippocampalis sérülés megzavarja a hipotetikus események elképzelésének képességét is. Következésképpen az amnéziában szenvedő betegeknek nemcsak nehézségeik vannak a legutóbbi életrajzi információk felidézésére, hanem felszólításra is csak általános állításokat tudnak közölni életük közelgő eseményeivel kapcsolatban.

A memória elvesztése gyakori az életkor előrehaladtával, de mint sok tanulmány bizonyítja, az űrben való navigálás képessége is csökken, ahogy öregszünk. Ezek a hiányok korábbi életkorban jelentkeznek, mint a kognitív károsodás egyéb általános mérőszámai, ami arra utal, hogy a navigációs rendszer egyes funkciói egyedülállóak, és függetlenül működnek a hippokampusz más típusú memóriájától és információfeldolgozásától.

Az öregedő agy legsebezhetőbb struktúrái azok, amelyek kódolják a mozgást, például az entorhinalis kéreg. Az idősebb patkányokban a hippocampalis helysejtek tüzelése is rendszertelen lesz. Lényeges, hogy az űrben való tájékozódásért felelős struktúrák a legkiszolgáltatottabbak az Alzheimer-kór patológiájára is, rámutatva a navigációs zavarokra, mint lehetséges korai diagnosztikai kritériumra ennek és más neurodegeneratív állapotoknak, például a Parkinson-kórnak.

Mindennapi életünket mind tudatos, mind tudattalan döntések töltik meg. De amint egyre több bizonyíték mutat rá, agyunk éppúgy képes utazni az általunk választott utakon, mint azokon, amelyeket elhagyunk.

Miközben tovább tanuljuk a térbeli navigáció, az emlékezet és a neurodegeneráció közötti bonyolult kapcsolatokat, azt tapasztalhatjuk, hogy az az idő, amelyet a lehetséges elmélkedés elmélkedésére fordítunk, ugyanolyan fontos, mint az az idő, amelyet aktívan töltünk. És bár a kognitív funkció csökkenése elfogadható az öregedés normális részeként, ezeknek a funkcióknak az egyszerű mentális gyakorlatokkal, például rejtvényekkel, szójátékokkal vagy olvasással történő fenntartása segíthet megőrizni ezeket az idegi utakat. Ugyanígy gyakorolhatjuk navigációs rendszereinket is, ha pályákat rajzolunk fel a még megtett utakon. Tehát amikor legközelebb azon kapja magát, hogy visszatérjen az elméje a feladathoz, kísérletezzen azzal, hogy hagyja, hogy csak egy kicsit tovább vándoroljon.

Ez a cikk eredetileg megjelent Ismerve a neuronokat

Referenciák:

Buckner, RL (2010). A Hippocampus szerepe az előrejelzésben és a képzeletben. A pszichológia éves áttekintése 61, 27-48.

Coughlan, G., Coutrot, A., Khondoker, M., Minihane, A., Spires, H., & Hornberger, M. (2019). A genetikai kockázatú Alzheimer-kór személyre szabott kognitív diagnosztikája felé. PNAS 116.(19), 9285-9292.

Diersch, N., & Wolbers, T. (2019). A virtuális valóságban rejlő lehetőségek a térbeli navigációs kutatás során a felnőttek életében. Journal of Experimental Biology 222, jeb187252 doi: 10.1242 / jeb.187252

Eichenbaum, H., Dudchenko, P., Wood, E., Shapiro, M., és Tanila, H. (1999). A Hippocampus, az emlékezet és a helysejtek. NeuronAz idegrendszer funkcionális egysége, egy idegsejt, amely ..., 23(2), 209-226.

Giocomo, LM (2015). Térbeli ábrázolás: A töredezett tér térképei. Jelenlegi biológia, 25(9), R362-R363.

Kay, K., Chung, JE, Sosa, M., Schor, JS, Karlsson, MP, Larkin, MC, Liu, DF és Frank, LM (2020). Állandó másodperc alatti kerékpározás a lehetséges jövők ábrázolása között a Hippocampusban. Cell, 180(3), 552-567.

Lester, AW, Moffat, SD, Wiener, JM, Barnes, Kalifornia, és Wolbers, T. (2017). Az öregedő navigációs rendszer. Neuron 95(5), 1019-1035.

könyvek_tudomány