Nieuw gevonden menselijke hersenceltype helpt mensen in mentale kaarten te centreren

hersencellen

Een voorheen ongeïdentificeerd soort menselijke hersencel verschijnt om mensen te helpen zichzelf te centreren in hun individuele kaarten van de wereld, volgens een gloednieuw onderzoek van neurowetenschappers van Columbia Engineering. Deze verkenning verduidelijkt de mobiele systemen die ten grondslag liggen aan zowel navigatie als geheugen bij mensen, naast welke componenten van de hersenen onderbroken kunnen worden door het soort geheugenstoornissen die typisch zijn voor neurodegeneratieve aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer

Er zijn 2 benaderingen waarmee zowel mensen als huisdieren bladeren en zich oriënteren. De ene omvat het situeren van gebieden, reeksen en instructies in 'allocentrische' of ander-gecentreerde contexten die geworteld zijn in de buitenwereld. De verschillende andere benaderingen brengen 'egocentrische' contexten met zich mee die gefixeerd zijn op het zelf.

Telkens wanneer u een mobiele applicatie gebruikt om rij-instructies te vinden, zal deze waarschijnlijk beide navigatie-instellingen gebruiken. Wanneer u voor het eerst een adres typt, wordt het adres gewoonlijk op een kaart weergegeven vanuit een allocentrisch oogpunt, met 'noord' bovenaan en 'zuid' onderaan. Wanneer je daarna het meest waarschijnlijk naar het pad van het zicht gaat, zal het zeker veranderen in een zelf-betrokken gezichtspunt waar 'vooraf' naar de leiding gaat en 'achter' naar het laagste punt ooit gaat.

Wetenschappers hebben in 1971 voor het eerst hersencellen gevonden die verband houden met allocentrische contexten bij ratten - 'plaatscellen' die bijvoorbeeld kunnen suggereren dat ze in de noordoostelijke rand van een locatie liggen. Andere allocentrische ruimtelijke celtypen bestaan ​​uit hoofdrichtingcellen die kunnen worden ingeschakeld wanneer men naar het zuiden bladert, of grenscellen die kunnen reageren wanneer een grens in het westen ligt.

In de voorgaande jaren begonnen wetenschappers te onderzoeken hoe rattengeesten zelf-betrokken contexten in kaart brachten. Twee jaar geleden bepaalden onderzoekers van Dartmouth College in Hanover, New Hampshire, een hersengebied bij ratten, de postrhinale cortex, waarin egocentrisch afgestemde cellen overvloedig aanwezig zijn. Het bleef echter slecht begrepen welke hersencellen de basis ontwikkelden van zelfbewuste ruimtelijke kaarten bij mensen.

"Bij mensen is het vanwege ethische redenen slechts zelden mogelijk om de activiteit van afzonderlijke neuronen rechtstreeks vanuit de hersenen te registreren", zegt Lukas Kunz, een postdoctoraal onderzoeksonderzoeker aan de afdeling Biomedical Engineering van Columbia University en de allereerste schrijver van de gloednieuw onderzoek. “Er zijn technieken zoals fMRI of EEG, waarmee we indirect de neurale activiteit van gezonde menselijke hersenen kunnen meten, maar deze neurale activiteit weerspiegelt de totale activiteit van miljoenen neuronen, waardoor directe conclusies over de werkingsprincipes van afzonderlijke neuronen niet mogelijk zijn. ”

In het gloednieuwe onderzoek hebben neurowetenschappers uit zowel de Verenigde Staten als Duitsland 15 mensen met epilepsie onderzocht in het Universitair Medisch Centrum van Freiburg in Duitsland. Deze vrijwilligers werden tandheelkundig geïmplanteerd met elektroden om artsen te helpen hun toestand te controleren.

De wetenschappers vroegen de vrijwilligers om computersysteemtaken uit te voeren die hun capaciteit ontdekten om met online sferen te bladeren en om in gedachten te houden waar verschillende dingen daar lagen. Tegelijkertijd namen de onderzoekers de taak op van meer dan 1,400 eenzame zenuwcellen in tal van hersengebieden bij alle individuen.

De onderzoekers bepaalden meer dan 160 zenuwcellen die zich gedroegen als zelfbewuste ruimtelijke celsoorten, die triggerden wanneer bepaalde componenten van de online atmosfeer zich voor, achter, links of rechts van de mensen bevonden, of wanneer factoren in het gebied waren dicht bij of weg van de mensen.

"We zijn nu de eersten die egocentrische ruimtelijke celtypes bij mensen rapporteren," verklaarde Kunz. De onderzoekers publiceerden hun onderzoek, "Een neurale code voor egocentrische ruimtelijke kaarten in de menselijke mediale temporale kwab", in het tijdschrift Neuron op juli 14, 2021.

Deze "egocentrische dragende cellen" schreven hoogstwaarschijnlijk ruimtelijke details op een mentale kaart die iedereen gefixeerd had. "Dit is vermoedelijk belangrijk voor het dagelijks leven, wanneer mensen zich proberen te oriënteren in hun omgeving en wanneer ze langs routes navigeren", zegt Joshua Jacobs, universitair hoofddocent biomedisch ontwerp bij Columbia Engineering en een oudere schrijver van het onderzoek.

Deze zelfbewuste dragende cellen waren vooral voldoende in de parahippocampale cortex, een gebied diep in de hersenen waarvan de eerdere aanbevolen functie de menselijke aanpassing van de postrhinale cortex van knaagdieren is. Egocentrische dragende cellen bestonden uit ongeveer 25% van alle zenuwcellen in de parahippocampale cortex. "Eerdere studies hadden aangetoond dat patiënten met schade aan dit hersengebied gedesoriënteerd zijn, vermoedelijk omdat hun egocentrische dragende cellen waren aangetast," verklaarde Kunz.

De wetenschappers lokaliseerden bovendien deze zelfbewuste dragende cellen en onthulden een toename van de taak toen de mensen hun geheugen gebruikten om de gebieden van dingen die ze daadwerkelijk in de online atmosferen hadden gevonden, effectief te onthouden. "Dit suggereert dat deze cellen niet alleen relevant zijn voor navigatie, maar ook een rol spelen bij het correct onthouden van ervaringen uit het verleden", aldus Kunz.

"Herinneringen bestaan ​​uit meerdere verschillende elementen, zoals een specifieke gebeurtenis, de plaats waar de gebeurtenis plaatsvond en het tijdstip waarop de gebeurtenis plaatsvond", aldus Kunz. “Wij geloven dat er verschillende neurale systemen zijn voor de verschillende componenten van deze herinneringen. Egocentrische dragende cellen zijn vermoedelijk vooral betrokken bij het verwerken van de ruimtelijke informatie van de herinneringen.”

Dit zoeken naar zou kunnen ophelderen wat zou kunnen mislukken bij mensen met geheugentekorten, bestaande uit mensen met neurodegeneratieve aandoeningen zoals Alzheimer's "Hun egocentrische dragende cellen functioneren mogelijk niet correct, of zijn om de een of andere reden vernietigd, zoals een beroerte, een hersentumor, of dementie”, aldus Jacobs.

Deze gloednieuwe zoekopdrachten beantwoorden niet precies aan hoe men met dergelijke geheugenstoornissen om kan gaan. "Er moet nog veel onderzoek worden gedaan voordat geheugenstoornissen met succes kunnen worden behandeld", waarschuwde Kunz.

In de toekomst willen de wetenschappers zien waarom precies elk soort aangeboden zelfbewuste dragende cel is afgestemd op de factor in het gebied waarop het zich concentreert. Momenteel veronderstellen Kunz en zijn collega's dat tal van verschillende ruimtelijke tekens, zoals dingen, ruimtelijke grenzen en locaties, zijn opgenomen om de plaatsing van deze verwijzingsfactoren te beïnvloeden. De onderzoekers kunnen nagaan welke impact deze tekens hebben op het gebied van deze verwijzingsfactoren door deze tekens tijdens experimenten uit de atmosfeer te verwijderen.

"Een andere belangrijke vraag is hoe egocentrische dragende cellen interageren met allocentrische ruimtelijke celtypen, zei Kunz. "We gaan er momenteel van uit dat zelfbewuste dragende cellen de nodige input geven aan allocentrische ruimtelijke celsoorten. Door dit te erkennen, zouden toekomstige onderzoeksstudies kunnen beschrijven hoe de aanpassing van allocentrische ruimtelijke celsoorten wordt beïnvloed door de prestaties van zelfbewuste dragende cellen."

De studie is getiteld "Een neurale code voor zelf-betrokken ruimtelijke kaarten in de menselijke mediane temporale lel."