「場所セル」、私たちの脳のGPSのようなもの

新しいまたは未知の空間での方向付けと探査は、私たちが最も頻繁に使用する認知機能の1つです。私たちは仕事に行くために私たちの家、私たちの近所で私たちを案内するためにそれを使用します.

私達が私達のために新しくて未知の都市に旅行するとき私達はまたそれに頼る。私たちが運転しているときでさえ私たちはそれを使います、そして、おそらく、読者は彼の方向性または同伴者の不注意の犠牲になっていたでしょう。正しいルートで.

それはオリエンテーションのせいではなく、海馬のせいです

これらすべては、しばしば私たちをいらいらさせ、侮辱、叫び声、そして様々な行動をしている私たちの志向や他者の志向を呪うことにつながります。良い, 今日は、向きの神経生理学的メカニズムについての筆書きをします。, 私たちの 脳のGPS 私たちを理解する.

私たちは具体的になり始めます。これは特定の領域における私たちの神経活動の産物にすぎないので、方向を呪うべきではありません。したがって、我々は海馬を呪うことから始めます.

脳構造としての海馬

進化論的に、海馬は古代の構造であり、それはarquicultureの一部です。つまり、私達の種の中で系統学的に古いものです。解剖学的には、扁桃体のような他の構造も見られる辺縁系の一部です。辺縁系は、記憶、感情、学習および動機づけの形態学的基盤と考えられている.

おそらく心理学に慣れている読者は、海馬は宣言的記憶の統合に必要な構造であることを知っているでしょう。すなわち、私たちの経験についてのエピソード的な内容を持つ記憶などの意味論です（Nadel and O'Keefe、1972）.

この証拠は、一時的な半球が除去されて壊滅的な順行性健忘症を生じた、すなわち患者の大部分を保持していたにもかかわらず、彼が新しい事実を記憶できなかった患者「HM手術前からのあなたの思い出の。このケースでもっと深く行きたい人のために、私はHM患者を徹底的に研究したScovilleとMillnerの研究（1957）を推薦します.

場所セル：それらは何ですか？?

これまでのところ、我々は何も新しいこと、あるいは驚くべきことは何も言わない。しかし偶然に脳内のナビゲーションシステムの研究の始まりを生み出したという事実が発見されたのは1971年のことでした。頭蓋内電極を用いたO'keefeとJohn Dostrovski, ラットにおける海馬特異的ニューロンの活動を記録できる. これは、異なる行動テストを行っている間、動物が目を覚まし、意識していて自由に動いている可能性を提供しました.

彼らが発見することを期待していなかったことは、ラットがいる場所に応じて選択的に反応するニューロンがあったということでした。それは各位置に特定のニューロンがあったというわけではありません（例えば、あなたの浴室のためのニューロンはありません）、しかしそれらはCA1（海馬の特定の領域）細胞で観察されました.

これらの細胞はと呼ばれました セルを配置する. したがって、あなたが頻繁に訪れるそれぞれの特定の空間のための場所のニューロンがあるということではなく、むしろそれらはあなたをあなたの環境に関連づける基準点です。これが自己中心的なナビゲーションシステムの形成方法です。配置ニューロンは、それらの間の空間の要素を関連付ける同心円ナビゲーションシステムも形成します。.

生来のプログラミングと経験

この発見は、海馬を宣言型学習構造とみなし、今やそれがいかにして空間情報を符号化することができるかを見た多くの神経科学者を困惑させた。これは、我々の環境の表現が海馬で生成されるであろうという仮説を立てる「認知地図」の仮説を生み出しました.

脳が視覚、聴覚、体性感覚信号のコーディングのような他の感覚モダリティのための優れたマップジェネレータであるように。 海馬を私たちの環境の地図を生成し、それらの中で私たちの方向性を保証する構造として考えることは不合理ではありません.

研究はさらに進み、非常に異なる状況でこのパラダイムをテストに移しました。例えば、迷路の課題における定位置の細胞は、動物が間違いをするとき、またはニューロンが通常撃つ位置にあるときに撃たれることがわかっている（O'keefe and Speakman、1987）。動物が異なる空間を移動しなければならない課題では、動物がどこから来てどこへ向かっているかに応じて、ニューロンが発射されることがわかっています（Frank et al。、2000）。.

スペースマップの形成方法

この分野における研究関心のもう一つの主な焦点は、これらの空間地図がどのように形成されるかにありました。一方では、場所の細胞は、環境を探索したときに得た経験に基づいて機能を確立すると考えることもできますし、あるいはそれは私たちの脳回路の根底にある要素、つまり先天的なものと考えることもできます。問題はまだはっきりしていません、そして、我々は両方の仮説を支持する経験的証拠を見つけることができます.

一方では、Monaco and Abbott（2014）の実験では、動物が新しい環境に置かれると、これらの細胞が撃たれるまで数分が経過することがわかっています。正規性だから、それから, 場所マップは、動物が新しい環境に入った瞬間から何らかの形で表現されます。, しかし経験はこれらの地図を将来修正するでしょう.

したがって、脳の可塑性が空間地図の形成に役割を果たしていると私たちは考えるかもしれません。そして、可塑性が本当に役割を果たすのであれば、マウスは神経伝達物質グルタメートのNMDA受容体にノックアウトする、すなわちこの受容体を発現しないマウスは脳の可塑性に基本的な役割を果たすため空間地図を生成しないと予想される。習う.

可塑性は空間地図の維持において重要な役割を果たす

しかしながら、これは事実ではなく、そしてＮＭＤＡ受容体に対するノックアウトマウスまたはこの受容体を遮断するために薬理学的に処理されたマウスは、新しいまたは馴染みのある環境において細胞の同様の応答パターンを発現する。これは、空間地図の表現が脳の可塑性と無関係であることを示唆している（Kentrol et al。、1998）。これらの結果は、ナビゲーションシステムは学習から独立しているという仮説を支持するだろう。.

論理を使用して、すべてにもかかわらず、脳の可塑性のメカニズムは、最近形成された地図の記憶の安定性のために明らかに必要であるに違いありません。そして、そうでなければ、彼の街の通りを歩くことによって形成される経験の利用は何だろうか？私たちがいつも私たちの家に入るのは初めてだという気持ちがあると思いませんか。私は、他の多くの場合と同様に、仮説は見かけよりも補完的であり、そしてある意味でこれらの関数が自然に機能しているにもかかわらず, 可塑性は、これらの空間マップをメモリ内に維持するのに役立つ役割を果たします。.

ネットワーク、アドレス、およびエッジセル

場所のセルについて話すのは非常に抽象的です、そしておそらく2人以上の読者は記憶を生成する同じ脳の領域が私たちに役立つ、いわゆるGPSに驚いています。しかし、私たちはまだ終わっておらず、最善はまだ到来していません。それでは、本当にカールをカールさせましょう。嗅内皮質のような隣接する構造が空間の関数として非常に弱い活性化を示すことが見られたとき、当初、宇宙航行は海馬にもっぱら依存すると考えられていた（Frank et al。、2000）。.

しかしながら、これらの研究では、嗅内皮質の腹側領域における活動が記録され、後の研究では、海馬との関連性がより高い背側領域が記録された（Fyhn et al。、2004）。だから、それから 海馬と同様に、この領域の多くの細胞が位置に応じて発火することが観察された。. ここまでは見つけることが期待された結果でしたが、彼らが内側の皮質に登録する面積を増やすことに決めたとき、彼らは驚きました：動物によって占められるスペースに応じて活性化されたニューロンのグループの間に、明らかに無音ゾーンがありました活性化 - 。活性化を示す領域が仮想的に結合されたとき、パターンは六角形または三角形の形で観察された。彼らは、内嗅皮質のこれらのニューロンを「赤血球」と呼んでいました。.

赤血球が発見されたとき、細胞がどのように形成されるかという問題を解決することは可能でした。セルがネットワークセルの多数の接続を配置するようにして、それらがそれらから形成されると考えることは不合理ではありません。しかし、やはり、物事はそれほど単純ではなく、実験的な証拠によってこの仮説は確認されていません。ネットワークセルを形成する幾何学的パターンは、まだ解釈することができませんでした.

ナビゲーションシステムは海馬に限定されない

複雑さはここで終わりません。ナビゲーションシステムが海馬に縮小されていないことがわかっている場合でもさらに少なくなります。これは他の脳領域への研究の限界を拡大することを可能にしました、それ故にその場に他のタイプの細胞関連細胞を発見すること： ステアリングセルとエッジセル.

ステアリングセルは、被験者が動く方向をコードし、脳幹の背側被蓋核に位置します。一方、エッジセルは、対象が所与の空間の限界に近づくにつれてそれらの発火速度を増加させる細胞であり、海馬の表皮特異的領域に見出すことができる。各タイプのセルの機能を要約することを試みる簡単な例を提供します。

あなたがあなたの家の食堂にいて、あなたが台所に行きたいと思っていると想像してください。あなたはあなたの家の食堂にいるので、あなたは食堂にいる間に発砲する部屋のセルを持つでしょうが、あなたは台所に行きたいのであなたは台所を表すもう一つの活性化されたセルを持つことになります。あなたの家はあなたが完全に知っている空間であり、私たちはそれを場所のセルとセルのネットワークの両方で検出できるようになるので、アクティブ化は明らかになります。.

今、キッチンに向かって歩き始めます。今発射され、あなたが特定の方向を維持する限り変化しないであろう特定のアドレスセルのグループがあるでしょう。さて、台所に行くには右に曲がって狭い廊下を渡らなければならないと想像してください。あなたがターンした瞬間、あなたのアドレスセルはそれを知っているでしょう、そしてアドレスセルの別のセットは今活性化されたアドレスを登録するでしょう、そして前のものは非活性化されます.

また、廊下が狭く、誤った動きで壁にぶつかる可能性があることを想像してみてください。そうすれば、端のセルが発射率を上げるでしょう。廊下の壁に近づくほど、発射率が高くなるにつれてエッジセルが表示されます。エッジセルは、新車に搭載されているセンサーで、駐車するときに聴覚信号を発するセンサーと考えてください。エッジセル それらはこれらのセンサーと同じように働きます、より彼らが作るより多くのノイズに衝突することにより近い. あなたが台所に着くとき、あなたの場所のセルはそれが満足に届いたことをあなたに示しているでしょう、そしてそれはより広い環境であるので、あなたの端のセルはリラックスします.

すべてを複雑にしましょう

私たちの頭脳が私たちの立場を知る方法を持っていると考えるのは不思議です。しかし、まだ疑問があります。海馬の宣言的記憶と宇宙航行をどのように一致させるのですか？つまり、記憶はこれらの地図にどのように影響するのでしょうか。それとも私たちの記憶はこれらの地図から形成されたのでしょうか。この質問に答えるには、もう少し考えなければなりません. 他の研究では、スペースをコード化しているのと同じセル（すでに説明した）が時間をコード化していることも指摘しています。. したがって、の話がありました タイムセル （Eichenbaum、2014）時間の認識を体系化する.

事件についての驚くべきことはそれです 場所セルは時間セルと同じであるという考えを裏付ける証拠がますます増えています. そして、同じ電気インパルスを使用する同じニューロンは、空間と時間を符号化することができる。同じ活動電位における時間と空間のコード化とそれらの記憶における重要性との関係は依然として謎である.

結論として：私の個人的な意見

それについて私の意見は？私の科学者の服を脱ぐと、私はそれを言うことができます 人間は簡単な選択肢について考えることに慣れており、脳は私たちと同じ言語を話すと考えています. 問題は脳が私達に彼自身が処理する現実の単純化されたバージョンを提供することです。プラトンの洞窟の影と同じように。それで、現実が壊れていると理解することの量子物理学の障壁のように、私たちは脳内で物事が私たちが意識的に知覚する世界と異なっていることを発見します。なぜ私たちは本当にそれらを知覚するように.

私が明らかにしている唯一のことは、アントニオ・ダマシオが彼の本で多くのことを繰り返すのに慣れているということです： 脳は地図の素晴らしい生成者です. おそらく脳は私たちの記憶をマッピングするために同じように時間と空間を解釈します。そしてそれがキメラであるように思われるならば、彼が主張した理論の一つである相対性理論の中のアインシュテンはその時間が空間なしでは理解できないということであり、その逆もまた同様であると考える。疑いなくこれらの謎を解明することは難題であり、動物で研究するのが難しい面であるときはなおさらです。.

ただし、これらの問題に努力を惜しまないでください。好奇心の第一。私たちが宇宙の膨張や最近記録された重力波を研究するならば、なぜ私たちは私たちの脳が時間と空間をどう解釈するかを研究しないのでしょうか？そして、第二に、アルツハイマー病のような神経変性疾患の多くは、第一の症状として時空の見当識障害を持っています。このコーディングの神経生理学的メカニズムを知ることで、これらの疾患の病理学的過程をよりよく理解するのに役立つ新しい局面を発見でき、そして新しい薬理学的または非薬理学的標的を発見するかどうかを知っている。.

書誌参照：

• Eichenbaum H.2014。海馬のタイムセル：マッピングメモリの新しい次元。ネイチャー15：732-742
• Frank LM、Brown EN、Wilson M.2000。海馬および内嗅皮質における軌道の符号化。ニューロン27：169-178.
• Fyhn M、Molden S、Witter MP、Moser EI、Moser M-B。嗅内皮質における空間的表現。 Science 305：1258-1264
• ケントロスC、ハーグリーブスE、ホーキンスRD、カンデルER、シャピロM、ミュラーRV。 NMDA受容体遮断による新しい海馬の場所の細胞地図の長期安定性の廃止。 Ｓｃｉｅｎｃｅ ２８０：２１２１−２１２６.
• モナコJD、アボットLF。海馬のリマッピングの基礎としてのグリッドセルの活動のモジュラー再調整。 J Neurosci 31：9414-9425.
• O'Keefe J、Speakman A.1987。空間記憶課題中のマウス海馬における単一単位活動。経験値計68：1 - 27.
• Scoville WB、Milner B（1957）。二国間海馬病変後の最近の記憶喪失J Neurol Neurosurg Psychiatry 20：11-21.