'Sel tempat', sesuatu seperti GPS otak kita
Orientasi dan eksplorasi di ruang baru atau tidak dikenal adalah salah satu kemampuan 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 melakukan perjalanan ke kota baru dan tidak dikenal bagi kami. Kami menggunakannya bahkan ketika kami mengemudi dan, mungkin, pembaca akan menjadi korban kecerobohan dalam orientasi atau dalam pendamping, yang akan mengutuknya untuk hilang, dipaksa untuk berbalik dengan mobil sampai dia dengan rute yang tepat.
Ini bukan kesalahan orientasi, itu adalah kesalahan hippocampus
Semua ini adalah situasi yang sering membuat kita frustrasi dan yang menuntun kita untuk mengutuk orientasi kita atau orang lain dengan penghinaan, teriakan dan berbagai perilaku. Yah, karena hari ini saya akan memberikan sapuan kuas pada mekanisme orientasi neurofisiologis , di kami GPS otak untuk memahami kita
Kami akan mulai dengan menjadi spesifik: kita tidak boleh mengutuk orientasi karena hanya produk dari aktivitas saraf kita di daerah tertentu. Oleh karena itu, kita akan mulai dengan mengutuk hippocampus kita.
Hippocampus sebagai struktur otak
Secara evolusioner, hippocampus adalah struktur kuno, ini adalah bagian dari arquiculture, yaitu struktur yang secara filogenetik lebih tua pada spesies kita. Secara anatomi, itu adalah bagian dari sistem limbik, di mana struktur lain seperti amigdala juga ditemukan. Sistem Limbik dianggap sebagai substrat morfologi memori, emosi, pembelajaran dan motivasi.
Pembaca mungkin jika ia terbiasa dengan psikologi akan tahu bahwa hippocampus adalah struktur yang diperlukan untuk konsolidasi kenangan deklaratif, yaitu, dengan kenangan dengan konten episodik tentang pengalaman kami atau yang lain, semantik (Nadel dan O'Keefe, 1972) .
Bukti ini adalah studi berlimpah yang ada tentang kasus populer dari "pasien HM", seorang pasien yang hemisfer temporalnya telah dihapus, menghasilkan amnesia anterograde yang menghancurkan, yaitu, ia tidak bisa menghafal fakta-fakta baru meskipun ia mempertahankan sebagian besar kenangan Anda dari sebelum operasi. Bagi mereka yang ingin memperdalam kasus ini saya merekomendasikan studi Scoville dan Millner (1957) yang mempelajari pasien HM secara mendalam.
The Place Cells: apa itu?
Sejauh ini kita tidak mengatakan sesuatu yang baru, atau yang mengejutkan. Tapi itu pada tahun 1971 ketika kebetulan sebuah fakta yang menghasilkan awal studi tentang sistem navigasi di otak ditemukan. O'keefe dan John Dostrovski, menggunakan elektroda intrakranial, bisa merekam aktivitas neuron hippocampal-spesifik pada tikus . Ini menawarkan kemungkinan bahwa ketika melakukan tes perilaku yang berbeda, hewan itu terjaga, sadar dan bergerak bebas.
Apa yang tidak mereka harapkan untuk temukan adalah bahwa ada neuron yang merespons secara selektif tergantung pada daerah di mana tikus itu berada. Bukannya ada neuron spesifik untuk setiap posisi (tidak ada neuron untuk kamar mandi Anda, misalnya), tetapi bahwa mereka diamati di CA1 (wilayah spesifik dari hippocampus) sel yang menandai titik referensi yang dapat disesuaikan dengan ruang yang berbeda. .
Sel-sel ini dipanggil tempatkan sel. Oleh karena itu, tidak ada neuron tempat untuk setiap ruang spesifik yang sering Anda kunjungi, tetapi mereka adalah titik acuan yang menghubungkan Anda dengan lingkungan Anda; Ini adalah bagaimana sistem navigasi egosentris terbentuk. Tempatkan neuron juga akan membentuk sistem navigasi allocentric yang akan menghubungkan elemen-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 ia mampu menyandikan informasi spasial. Hal ini memunculkan hipotesis "peta kognitif" yang akan mendalilkan bahwa representasi lingkungan kita akan dihasilkan di hippocampus.
Sama seperti otak adalah generator peta yang sangat baik untuk modalitas sensoris lain seperti pengkodean sinyal visual, pendengaran dan somatosensori; tidak masuk akal untuk memikirkan hippocampus sebagai struktur yang menghasilkan peta lingkungan kita dan yang menjamin orientasi kita di dalamnya .
Penelitian telah melangkah lebih jauh dan telah menempatkan paradigma ini untuk menguji dalam situasi yang sangat berbeda. Telah terlihat, misalnya, 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 yang berbeda telah terlihat bahwa neuron-neuron tempat syuting tergantung dari mana hewan itu berasal dan ke mana ia pergi (Frank et al., 2000).
Bagaimana peta spasial terbentuk
Fokus utama lainnya dari minat penelitian dalam bidang ini adalah bagaimana peta spasial ini terbentuk. Di satu sisi kita dapat berpikir bahwa sel-sel tempat menetapkan fungsi mereka berdasarkan pengalaman yang kita terima ketika kita menjelajahi lingkungan, atau, kita mungkin berpikir bahwa itu adalah komponen mendasar 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 merekam aktivitas sejumlah besar sel, telah melihat bahwa ketika hewan ditempatkan di lingkungan baru beberapa menit berlalu sampai sel-sel ini mulai menembak dengan Normalitas Jadi, Peta tempat akan diekspresikan, dalam beberapa cara, dari saat binatang memasuki lingkungan baru , tetapi pengalaman itu akan memodifikasi peta-peta ini di masa depan.
Oleh karena itu, kita mungkin berpikir bahwa plastisitas otak memainkan peran dalam pembentukan peta spasial. Kemudian, jika plastisitas benar-benar memainkan peran, kita akan mengharapkan bahwa tikus knockout ke reseptor NMDA dari neurotransmitter glutamat - yaitu, tikus yang tidak mengekspresikan reseptor ini - tidak akan 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 yang sama dari sel-sel di lingkungan baru atau akrab. Ini menunjukkan bahwa ekspresi peta spasial tidak bergantung pada plastisitas otak (Kentrol et al., 1998). Hasil ini akan mendukung hipotesis bahwa sistem navigasi tidak bergantung pada pembelajaran.
Terlepas dari semuanya, menggunakan logika, mekanisme plastisitas otak harus jelas diperlukan untuk stabilitas dalam memori peta yang baru terbentuk. Dan, jika tidak demikian, apa gunanya pengalaman yang seseorang bentuk dengan berjalan di jalan-jalan kotanya? Bukankah kita akan selalu merasa bahwa ini adalah pertama kalinya kita memasuki rumah kita? Saya percaya bahwa, seperti pada banyak kesempatan lain, hipotesis lebih komplementer daripada yang tampak dan, dalam beberapa hal, meskipun fungsi bawaan fungsi-fungsi ini, plastisitas memiliki peran untuk dimainkan dalam menjaga peta spasial ini dalam memori .
Jaringan, alamat, dan sel tepi
Cukup abstrak untuk membicarakan sel-sel tempat dan mungkin lebih dari satu pembaca terkejut bahwa area otak yang sama yang menghasilkan memori melayani kita, dapat dikatakan, GPS. Tapi kami belum selesai dan yang terbaik belum datang. Sekarang mari kita ikal ikal ini. Awalnya, diperkirakan bahwa navigasi ruang angkasa akan bergantung 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 area ventral dari korteks entorhinal dicatat dan dalam penelitian selanjutnya, area dorsal dicatat, yang memiliki jumlah koneksi yang lebih besar ke hippocampus (Fyhn et al., 2004). Jadi, kalau begitu Diamati bahwa banyak sel dari wilayah ini ditembakkan tergantung pada posisi, mirip dengan hippocampus . Sejauh ini mereka diharapkan untuk menemukan hasil tetapi ketika mereka memutuskan untuk meningkatkan area yang akan mereka daftar di korteks entorhinal mereka memiliki kejutan: di antara kelompok-kelompok neuron yang diaktifkan tergantung pada ruang yang ditempati oleh hewan itu ternyata ada zona diam - yaitu, mereka tidak diaktifkan-. Ketika daerah yang menunjukkan aktivasi secara virtual bergabung, pola diamati dalam bentuk hexagon atau segitiga. Mereka menyebut neuron-neuron ini dari "sel-sel merah" korteks entorhinal.
Ketika sel-sel merah ditemukan, itu mungkin untuk menyelesaikan pertanyaan tentang bagaimana sel-sel terbentuk. Setelah sel-sel menempatkan banyak koneksi dari sel-sel jaringan, itu tidak masuk akal untuk berpikir bahwa mereka terbentuk dari mereka. Namun, sekali lagi, hal-hal tidak begitu sederhana dan bukti eksperimental belum mengkonfirmasi hipotesis ini. Pola geometris yang membentuk sel jaringan belum dapat diinterpretasikan.
Sistem navigasi tidak direduksi menjadi hippocampus
Kerumitan tidak berakhir di sini. Bahkan lebih sedikit ketika telah terlihat bahwa sistem navigasi tidak direduksi menjadi hippocampus. Ini telah memungkinkan untuk memperluas batas penelitian ke area otak lainnya, sehingga menemukan jenis sel lain yang terkait dengan sel-sel tempat: Sel-sel pengarah dan sel tepi .
Sel-sel kemudi akan mengkodekan arah di mana subjek bergerak dan akan terletak di inti tegmental dorsal batang otak. Di sisi lain, tepi sel adalah sel yang meningkatkan laju pembakaran mereka sebagai 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 meringkas fungsi setiap jenis sel:
Bayangkan Anda berada di ruang makan rumah Anda dan Anda ingin pergi ke dapur. Karena Anda berada di ruang makan rumah Anda, Anda akan memiliki sel kamar yang akan menyala saat Anda tinggal di ruang makan, tetapi karena Anda ingin pergi ke dapur, Anda juga akan memiliki sel kamar lain yang diaktifkan yang mewakili dapur. Aktivasi akan jelas karena rumah Anda adalah ruang yang Anda ketahui dengan sempurna dan aktivasi dapat dideteksi baik di sel tempat dan di jaringan sel.
Sekarang, mulailah berjalan menuju dapur. Akan ada sekelompok sel alamat spesifik 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 menyeberangi koridor sempit. Saat Anda berbelok, sel alamat Anda akan mengetahuinya dan set sel alamat lainnya akan mendaftarkan arah yang sekarang telah diaktifkannya, dan yang sebelumnya akan dinonaktifkan.
Bayangkan juga bahwa koridor sempit dan gerakan yang salah dapat menyebabkan Anda menabrak dinding, sehingga sel tepi Anda akan meningkatkan laju pembakaran Anda. Semakin dekat Anda ke dinding koridor, semakin tinggi rasio tembak akan menunjukkan sel tepi Anda. Pikirkan sel-sel tepi sebagai sensor yang beberapa mobil baru miliki dan yang membuat sinyal yang terdengar ketika Anda melakukan manuver untuk parkir. Sel-sel tepi Mereka bekerja dengan cara yang mirip dengan sensor ini, semakin dekat mereka untuk menabrak lebih banyak suara yang mereka buat . Ketika Anda tiba di dapur, sel-sel tempat Anda akan mengatakan kepada Anda bahwa itu telah tiba dengan memuaskan dan karena itu adalah lingkungan yang lebih luas, sel-sel tepi Anda akan rileks.
Mari kita mempersulit semuanya
Sangat mengherankan untuk berpikir bahwa otak kita memiliki cara untuk mengetahui posisi kita. Namun masih ada pertanyaan: Bagaimana kita mendamaikan memori deklaratif dengan navigasi ruang di hippocampus ?, yaitu, bagaimana pengaruh memori kita terhadap peta-peta ini? Atau mungkinkah ingatan kita terbentuk dari peta-peta ini? Untuk mencoba menjawab pertanyaan ini kita harus berpikir sedikit lebih jauh. Penelitian lain menunjukkan bahwa sel-sel yang sama yang ruang kode, yang telah kita bicarakan, juga kode waktu . Dengan demikian, telah ada pembicaraan tentang sel waktu (Eichenbaum, 2014) yang akan mengkode persepsi waktu.
Yang mengejutkan dari kasus ini adalah itu semakin banyak bukti yang mendukung gagasan bahwa sel-sel tempat adalah sama dengan sel waktu . Kemudian, neuron yang sama menggunakan impuls listrik yang sama dapat mengkodekan ruang dan waktu. Hubungan antara pengkodean waktu dan ruang dalam potensi aksi yang sama dan kepentingannya dalam ingatan tetap menjadi misteri.
Kesimpulannya: pendapat pribadi saya
Pendapat saya tentang itu? Mengambil jubah ilmuwan saya, saya bisa mengatakan itu manusia terbiasa memikirkan pilihan yang mudah dan kita suka berpikir bahwa otak berbicara dengan bahasa yang sama dengan kita . Masalahnya adalah otak menawarkan kepada kita versi sederhana dari realitas yang dia proses sendiri. Dengan cara yang mirip dengan bayangan gua Plato. Jadi, sama seperti hambatan fisika kuantum dari apa yang kita pahami sebagai realitas rusak, dalam ilmu syaraf kita menemukan bahwa dalam otak hal-hal berbeda dari dunia yang secara sadar kita rasakan dan kita harus memiliki pikiran yang sangat terbuka bahwa hal-hal tidak memiliki mengapa menjadi seperti kita benar-benar melihatnya.
Satu-satunya hal yang saya miliki jelas adalah sesuatu yang Antonio Damasio gunakan untuk mengulang banyak hal dalam bukunya: otak adalah generator peta yang hebat . Mungkin otak menafsirkan waktu dan ruang dengan cara yang sama untuk memetakan ingatan kita. Dan jika kelihatannya aneh sekali bagi Anda bahwa Einsten dalam teori relativitasnya, salah satu teori yang ia utarakan adalah bahwa waktu tidak dapat dipahami tanpa ruang, dan sebaliknya. Tidak diragukan lagi mengungkap misteri ini adalah tantangan, terlebih lagi ketika mereka adalah aspek yang sulit untuk dipelajari pada hewan.
Namun, tidak ada upaya yang harus dilakukan untuk mengatasi masalah ini. Pertama rasa penasaran. Jika kita mempelajari perluasan alam semesta atau gelombang gravitasi yang baru direkam, mengapa kita tidak mempelajari bagaimana otak kita menafsirkan waktu dan ruang? Dan, kedua, banyak patologi neurodegeneratif seperti penyakit Alzheimer memiliki disorientasi ruang-waktu sebagai gejala pertama.Mengetahui mekanisme neurofisiologis dari pengkodean ini, kita dapat menemukan aspek-aspek baru yang akan membantu untuk lebih memahami perjalanan patologis penyakit ini dan, siapa tahu, menemukan target farmakologis atau non-farmakologis baru.
Referensi bibliografi:
- Eichenbaum H. 2014. Sel waktu di hippocampus: dimensi baru untuk memetakan ingatan. Alam 15: 732-742
- Frank LM, Brown EN, Wilson M. 2000. Pengodean lintasan di hippocampus dan korteks entorhinal. Neuron 27: 169-178.
- Fyhn M, Molden S, Witter MP, Moser EI, Moser M-B. 2004. Representasi spasial di korteks entorhinal. Sains 305: 1258-1264
- Kentros C, Hargreaves E, Hawkins RD, Kandel ER, Shapiro M, Muller RV. 1998. Penghapusan stabilitas jangka panjang peta sel tempat hippocampal baru oleh blokade reseptor NMDA. Sains 280: 2121-2126.
- Monaco JD, Abbott LF. 2011. Penyesuaian modular aktivitas sel jaringan sebagai dasar untuk pemetaan 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 ingatan baru setelah hippocampallesion bilateral. J Neurol Neurosurg Psikiatri 20: 11-21.
