Nowo odkryty typ ludzkich komórek mózgowych pomaga skoncentrować ludzi na mapach mentalnych

komórki mózgowe

Niezidentyfikowany rodzaj ludzkiej komórki mózgowej pojawia się, aby pomóc ludziom skoncentrować się na ich indywidualnych mapach globu, według zupełnie nowych badań przeprowadzonych przez neuronaukowców z Columbia Engineering. Ta eksploracja wyjaśnia systemy mobilne leżące u podstaw nawigacji, a także pamięć u ludzi. oprócz tego, jakie elementy mózgu mogą zostać przerwane przez rodzaj zaburzeń pamięci typowych w stanach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera

Istnieją dwa podejścia, za pomocą których ludzie i zwierzęta domowe przeglądają i orientują się. Jedna to sytuowanie obszarów, zakresów, a także instrukcje w kontekstach „allocentrycznych” lub innych skupionych, zakorzenionych w zewnętrznym globie. Różne inne podejścia pociągają za sobą „egocentryczne” konteksty, które skupiają się na jaźni.

Za każdym razem, gdy używasz aplikacji telefonu komórkowego do odkrywania instrukcji jazdy, prawdopodobnie wykorzysta ona oba te ustawienia nawigacji. Kiedy wpisujesz adres na początku, zwykle pokaże ci się go na mapie z allocentrycznego punktu widzenia, z „północ” na górze i „południe” na dole. Kiedy po tym najprawdopodobniej przejdziesz na ścieżkę wzroku, z pewnością zmieni się to na zatroskany punkt widzenia, w którym „z góry” idzie na prowadzenie, a „z tyłu” idzie na najniższy poziom.

Naukowcy po raz pierwszy odkryli komórki mózgowe związane z kontekstami allocentrycznymi u szczurów w 1971 roku – „umieszczają komórki”, które mogą na przykład sugerować, że leżą na północno-wschodnim krańcu lokalizacji. Inne allocentryczne rodzaje komórek przestrzennych składają się z komórek skierowanych w stronę głowy, które mogą się włączać, gdy ktoś przegląda południe, lub komórek granicznych, które mogą reagować, gdy granica leży na zachodzie.

W poprzednich latach naukowcy zaczęli badać, w jaki sposób szczurze umysły mapowały egoistyczne konteksty. Dwa lata temu naukowcy z Dartmouth College w Hanover, New Hampshire, określili obszar mózgu szczura zwany korą zawęzłową, w którym egocentrycznie dostrojone komórki są obfite. Pozostało jednak słabo rozumiane, jakie komórki mózgowe wykształciły podstawę skoncentrowanych na sobie map przestrzennych u ludzi.

„U ludzi tylko rzadko możliwe jest bezpośrednie rejestrowanie aktywności pojedynczych neuronów z mózgu, ze względów etycznych” – powiedział Lukas Kunz, badacz badań podoktoranckich na Wydziale Inżynierii Biomedycznej Uniwersytetu Columbia, a także pierwszy pisarz zupełnie nowe badania. „Istnieją techniki takie jak fMRI lub EEG, które pozwalają nam pośrednio mierzyć aktywność neuronową zdrowych ludzkich mózgów, ale ta aktywność neuronowa odzwierciedla sumaryczną aktywność milionów neuronów, co nie pozwala na bezpośrednie wnioskowanie na temat zasad działania pojedynczych neuronów. ”

W ramach nowych badań neurobiolodzy ze Stanów Zjednoczonych i Niemiec przebadali 15 osób cierpiących na padaczkę w Centrum Medycznym Uniwersytetu we Fryburgu w Niemczech. Ochotnikom tym wszczepiono elektrody dentystyczne, aby pomóc lekarzom sprawdzić ich stan.

Naukowcy poprosili ochotników o wykonanie zadań w systemie komputerowym, które odkryły ich zdolność do przeglądania w atmosferze online, a także do zapamiętania, gdzie leżą różne rzeczy. W tym samym czasie naukowcy nagrali na taśmę zadanie ponad 1,400 samotnych komórek nerwowych w wielu obszarach mózgu u wszystkich osób.

Naukowcy ustalili ponad 160 komórek nerwowych, które zachowywały się jak skupione na sobie przestrzenne rodzaje komórek, wyzwalając się, gdy poszczególne elementy atmosfery online znajdowały się wcześniej, z tyłu, z lewej lub z prawej strony ludzi, lub gdy czynniki w obszarze były blisko lub z dala od ludzi.

„Jesteśmy teraz pierwszymi, którzy zgłaszają egocentryczne typy komórek przestrzennych u ludzi” – stwierdził Kunz. Naukowcy opublikowali swoje badanie „Kod neuronowy dla egocentrycznych map przestrzennych w ludzkim przyśrodkowym płacie skroniowym” w czasopiśmie Neuron lipca 14, 2021.

Te „egocentryczne komórki nośne” najprawdopodobniej wpisują szczegóły przestrzenne na mapie mentalnej, utrwalając wszystkich. „Jest to prawdopodobnie ważne w codziennym życiu, kiedy ludzie próbują orientować się w swoim środowisku i gdy poruszają się po trasach” – powiedział Joshua Jacobs, nauczyciel pomocniczy projektowania biomedycznego w Columbia Engineering, a także starszy autor badań.

Te skupione na sobie komórki nośne były szczególnie wystarczające w korze przyhipokampowej, obszarze położonym głęboko w mózgu, którego wcześniej zalecaną funkcją jest ludzkie dopasowanie kory zawęzłowej gryzoni. Egocentryczne komórki nośne składały się z około 25% wszystkich komórek nerwowych w korze hipokampa. „Poprzednie badania wykazały, że pacjenci z uszkodzeniem tego obszaru mózgu są zdezorientowani, prawdopodobnie z powodu uszkodzenia ich egocentrycznych komórek nośnych” – stwierdził Kunz.

Naukowcy dodatkowo zlokalizowali te zatroskane komórki nośne, ujawnili wzrost zadań, gdy ludzie wykorzystywali swoją pamięć, aby skutecznie zapamiętywać obszary rzeczy, które faktycznie zlokalizowali w atmosferach online. „Sugeruje to, że te komórki są nie tylko istotne dla nawigacji, ale także odgrywają rolę w prawidłowym zapamiętywaniu przeszłych doświadczeń” – stwierdził Kunz.

„Wspomnienia składają się z wielu różnych elementów, takich jak konkretne wydarzenie, miejsce, w którym wydarzenie miało miejsce i czas, w którym to wydarzenie miało miejsce” – stwierdził Kunz. „Uważamy, że istnieją różne systemy neuronowe dla różnych składników tych pamięci. Egocentryczne komórki nośne są prawdopodobnie szczególnie zaangażowane w przetwarzanie informacji przestrzennych ze wspomnień”.

Te poszukiwania mogą rozjaśnić to, co może zawieść u osób z deficytami pamięci, składających się z osób z chorobami neurodegeneracyjnymi, takimi jak Alzheimer „Ich egocentryczne komórki nośne mogą nie funkcjonować prawidłowo lub mogły zostać z jakiegoś powodu zniszczone, takie jak udar, guz mózgu, lub demencji” – stwierdził Jacobs.

Te zupełnie nowe wyszukiwania nie odpowiadają na to, jak można zarządzać takimi zaburzeniami pamięci. „Wciąż jest wiele badań do zrobienia, zanim zaburzenia pamięci będą mogły być skutecznie leczone” – ostrzegł Kunz.

W przyszłości naukowcy chcą zobaczyć, dlaczego dokładnie każdy rodzaj oferowanej, skoncentrowanej na sobie komórki nośnej jest dostrojony do dowolnego czynnika w obszarze, na którym jest skoncentrowany. Obecnie Kunz i jego współpracownicy zakładają, że wiele różnych znaków przestrzennych, takich jak rzeczy, granice przestrzenne, a także miejsca, ma wpływ na umiejscowienie tych czynników odsyłających. Naukowcy mogą sprawdzić wpływ tych znaków na obszar tych czynników referencyjnych, eliminując te znaki z atmosfery podczas eksperymentów.

„Kolejnym ważnym pytaniem jest to, jak egocentryczne komórki nośne oddziałują z allocentrycznymi typami komórek przestrzennych”, powiedział Kunz. „Obecnie zakładamy, że skupione na sobie komórki nośne dostarczają niezbędnych danych do allocentrycznych rodzajów komórek przestrzennych. Zdając sobie z tego sprawę, przyszłe badania naukowe mogą opisać, w jaki sposób na dostosowanie allocentrycznych rodzajów komórek przestrzennych wpływa wydajność samozainteresowanych komórek nośnych”.

Badanie nosi tytuł „Kod neuronowy dla map przestrzennych skoncentrowanych na sobie w ludzkiej medianie czasowej akacji”.