Der neu entdeckte menschliche Gehirnzelltyp hilft, Menschen in mentalen Karten zu zentrieren

Gehirnzellen

Eine vormals nicht identifizierte Art von menschlicher Gehirnzelle taucht auf, um den Menschen zu helfen, sich in ihren individuellen Weltkarten zu zentrieren, laut einer brandneuen Forschung von Neurowissenschaftlern von Columbia Engineering. zusätzlich zu den Komponenten des Gehirns, die während der Art von Gedächtnisstörungen unterbrochen werden könnten, die bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer typisch sind

Es gibt 2 Ansätze, mit denen sowohl Mensch als auch Haustier stöbern und sich orientieren. Eine beinhaltet die Verortung von Bereichen, Bereichen sowie Anweisungen in „allozentrischen“ oder anderszentrierten Kontexten, die in der Außenkugel verwurzelt sind. Die verschiedenen anderen Ansätze beinhalten „egozentrische“ Kontexte, die auf das Selbst fixiert sind.

Wenn Sie eine Mobiltelefonanwendung verwenden, um Fahranweisungen zu ermitteln, werden wahrscheinlich beide Navigationseinstellungen verwendet. Wenn Sie zum ersten Mal eine Adresse eingeben, wird Ihnen die Adresse normalerweise aus einer allozentrischen Sicht auf einer Karte angezeigt, mit "Norden" oben sowie "Süden" unten. Wenn Sie danach am ehesten auf den Weg gehen, wird es sicherlich zu einer selbstbewussten Sichtweise, bei der 'im Voraus' sowohl zum Führenden als auch 'hinten' zum Allzeittief geht.

Wissenschaftler fanden 1971 erstmals bei Ratten Gehirnzellen, die mit allozentrischen Zusammenhängen in Zusammenhang stehen – „Ortszellen“, die beispielsweise darauf hindeuten können, dass sie am nordöstlichen Rand eines Ortes liegen. Andere allozentrische räumliche Zellenarten bestehen aus Kopfrichtungszellen, die sich einschalten können, wenn man im Süden surft, oder Grenzzellen, die reagieren könnten, wenn eine Grenze im Westen liegt.

In den vergangenen Jahren begannen Wissenschaftler zu untersuchen, wie der Verstand von Ratten selbstbezogene Kontexte abbildet. Vor zwei Jahren haben Forscher des Dartmouth College in Hannover, New Hampshire, bei Ratten einen Hirnbereich namens postrhinaler Kortex bestimmt, in dem egozentrisch abgestimmte Zellen reichlich vorhanden sind. Es blieb jedoch schlecht begriffen, was Gehirnzellen als Grundlage selbstbezogener räumlicher Karten beim Menschen entwickelt haben.

„Beim Menschen ist es aus ethischen Gründen nur selten möglich, die Aktivität einzelner Neuronen direkt aus dem Gehirn heraus zu erfassen“, sagt Lukas Kunz, Postdoc am Department of Biomedical Engineering der Columbia University und Erstautor der ganz neue Forschung. „Es gibt Techniken wie fMRI oder EEG, mit denen wir die neuronale Aktivität von gesunden menschlichen Gehirnen indirekt messen können, aber diese neuronale Aktivität spiegelt die Summenaktivität von Millionen von Neuronen wider, was keine direkten Rückschlüsse auf die Arbeitsprinzipien einzelner Neuronen zulässt. ”

In der brandneuen Forschung untersuchten Neurowissenschaftler aus den USA und Deutschland 15 Epilepsie-Patienten im Medizinischen Zentrum der Universität Freiburg in Deutschland. Diesen Freiwilligen wurden Elektroden implantiert, um Ärzte bei der Überprüfung ihres Zustands zu unterstützen.

Die Wissenschaftler baten die Freiwilligen, Computersystem-Jobs auszuführen, die ihre Fähigkeit entdeckten, mit Online-Atmosphären zu surfen, sowie zu berücksichtigen, wo verschiedene Dinge dort lagen. Gleichzeitig zeichneten die Forscher die Aufgabe von mehr als 1,400 solitären Nervenzellen in zahlreichen Hirnarealen bei allen Individuen auf Tonband auf.

Die Forscher ermittelten mehr als 160 Nervenzellen, die wie selbstbewusste räumliche Zellarten agierten und auslösten, wenn sich bestimmte Komponenten der Online-Atmosphäre vor, hinter, links oder rechts von den Menschen befanden oder wenn Faktoren in der Umgebung lagen nah oder fern von den Menschen.

„Wir sind jetzt die ersten, die über egozentrische räumliche Zelltypen beim Menschen berichten“, so Kunz. Die Forscher veröffentlichten ihre Forschung „Ein neuronaler Code für egozentrische räumliche Karten im menschlichen medialen Temporallappen“ in der Zeitschrift Neuron Juli 14, 2021.

Diese „egozentrischen Lagerzellen“ schreiben höchstwahrscheinlich räumliche Details in eine mentale Landkarte ein, die jeder fixiert hat. „Dies ist vermutlich wichtig für den Alltag, wenn Menschen versuchen, sich in ihrer Umgebung zu orientieren und entlang von Routen zu navigieren“, sagt Joshua Jacobs, Associate Teacher of Biomedical Design bei Columbia Engineering und älterer Autor der Studie.

Diese selbstbewusst tragenden Zellen waren besonders im parahippocampalen Kortex ausreichend, einem Bereich tief im Gehirn, dessen vorherige Funktion die menschliche Anpassung an den postrhinalen Kortex von Nagern ist. Egozentrisch tragende Zellen bestanden aus etwa 25 % aller Nervenzellen im parahippocampalen Kortex. „Frühere Studien hatten gezeigt, dass Patienten mit einer Schädigung dieser Hirnregion desorientiert sind, vermutlich weil ihre egozentrischen Lagerzellen betroffen waren“, so Kunz.

Die Wissenschaftler lokalisierten auch diese selbstbesorgten tragenden Zellen und zeigten einen Anstieg der Aufgaben, wenn die Menschen ihr Gedächtnis nutzten, um sich effektiv an die Bereiche von Dingen zu erinnern, die sie tatsächlich in der Online-Atmosphäre gefunden hatten. „Das deutet darauf hin, dass diese Zellen nicht nur für die Navigation relevant sind, sondern auch eine Rolle bei der korrekten Erinnerung an vergangene Erfahrungen spielen“, so Kunz.

„Erinnerungen bestehen aus mehreren unterschiedlichen Elementen, wie zum Beispiel einem bestimmten Ereignis, dem Ort, an dem das Ereignis stattfand, und der Uhrzeit des Ereignisses“, sagte Kunz. „Wir glauben, dass es für die verschiedenen Komponenten dieser Erinnerungen unterschiedliche neuronale Systeme gibt. An der Verarbeitung der räumlichen Informationen der Erinnerungen sind vermutlich besonders egozentrische Lagerzellen beteiligt.“

Diese Suche könnte aufhellen, was bei Menschen mit Gedächtnisstörungen, bestehend aus Menschen mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimers „Ihre egozentrischen tragenden Zellen möglicherweise nicht richtig funktioniert oder aus irgendeinem Grund zerstört wurde, wie ein Schlaganfall, ein Gehirntumor, oder Demenz“, sagte Jacobs.

Diese brandneuen Suchen nach reagieren nicht darauf, wie man mit solchen Gedächtnisstörungen umgehen könnte. „Bis eine erfolgreiche Behandlung von Gedächtnisstörungen möglich ist, muss noch viel geforscht werden“, warnte Kunz.

In Zukunft wollen die Wissenschaftler sehen, warum gerade jede angebotene selbstbezogene Lagerzelle auf den jeweiligen Schwerpunkt abgestimmt ist. Derzeit gehen Kunz und seine Mitarbeiter davon aus, dass zahlreiche verschiedene räumliche Zeichen, wie Dinge, räumliche Grenzen sowie Orte, die Platzierung dieser Verweisfaktoren beeinflussen. Die Forscher können den Einfluss dieser Zeichen auf den Bereich dieser Verweisungsfaktoren überprüfen, indem sie diese Zeichen während der gesamten Experimente aus der Atmosphäre eliminieren.

„Eine weitere wichtige Frage ist, wie egozentrische tragende Zellen mit allozentrischen räumlichen Zelltypen interagieren“, sagte Kunz. „Wir gehen derzeit davon aus, dass selbstbezogene Lagerzellen den allozentrischen räumlichen Zellarten den notwendigen Input geben. In Anbetracht dessen könnten zukünftige Forschungsstudien beschreiben, wie die Anpassung allozentrischer räumlicher Zellarten durch die Leistung selbstbezogener tragender Zellen beeinflusst wird.“

Die Studie trägt den Titel „Ein neuronaler Code für selbstbezogene räumliche Karten im menschlichen medianen temporalen Wattle“.