El sistema de navegación del cerebro

Neuroscientist dice sobre neuronas hippocampus el mapa cognoscitivo del espacio y el cerebro.

La capacidad de navegar en el espacio y determinar el estado de las cosas es importante para la supervivencia de gente, mamíferos y otras criaturas móviles. En décadas recientes, la investigación en el espacio de la percepción espacial tiene en particular éxito y hágase un sujeto del interés especial a psicólogos, neuroscientists y matemáticos. Estos estudios hicieron posible entender algunas estrategias usadas por animales en el proceso de navegación e identificaron un juego de tipos de la célula responsables de tratar la información espacial. Ha ayudado a definir un marco para entender las imágenes de los nervios y mecanismos que son la base de esto capacidades cognoscitivas básicas. Algunos descubrimientos clave en el área brevemente resumida abajo.

Mapa cognoscitivo

En la psicología, el principio de XX siglo fue dominado por la teoría behaviorística. El conductismo entiende el comportamiento del animal a consecuencia de las secuencias adquiridas «estímulo - reacción», llevando a los resultados deseados. La mayor parte de estudios behaviorísticos se han conducido en ratas, que se entrenan navegar el laberinto de niveles diferentes de la dificultad, conseguir la recompensa - comida. Según conductistas, las ratas aprenden a navegar memorizando una secuencia de acciones (eg, la secuencia de vueltas), que llevó a una recompensa sabrosa. Sin embargo, Edward Tolman era el primero en poner en la pregunta esta vista. Tolman sugirió que el animal tiene una serie de sistemas internos que lo pueden dirigir flexiblemente hacia el alcanzamiento de los objetivos. Tolman supuso que los animales tienen el llamado mapa cognoscitivo - una imagen fotografía mental del ambiente circundante, que lleva la información sobre el descubrimiento de puntos de referencia clave diferentes y su relación el uno con el otro. Este modelo apoya la orientación en un ambiente complejo que cambia. Tolman probó la hipótesis con unos experimentos.

En un experimento, las ratas primero para conseguir los premios se entrenaron vencer una serie de laberintos circulares. Este problema se soluciona con una estrategia simple «del estímulo - reacción». Después de la formación en esta tarea la parte anular del laberinto se borró y se construyó para reemplazar la parte de los pasillos, organizados en el modelo de los rayos del sol. Sólo un de estos pasillos llevó al premio. Si ha usado antes la estrategia de animales «estímulo - respuesta» para solucionar este problema, pero esta vez no serían capaces de solucionar esta parte del problema en esta manera. Sin embargo, muchos de ellos eligen el pasillo correcto - una pista nunca habían elegido y han conseguido premios. Tolman sostuvo que los animales podrían solucionar esta parte del problema, como han formado un mapa cognoscitivo mental del laberinto, que permite seleccionar rutas nuevas y adaptables.

Para mejorar la función cerebral y cognoscitiva – usan Cogitum, Cortexin, Phenotropil y Semax.

En otras palabras, los animales se pueden mover entre dos ubicaciones en ausencia de la información sobre el ambiente, tal tan en la oscuridad, como combinan sus señales internas. Los ejemplos de tales señales son el sistema vestibular que supervisa el movimiento del cuerpo, proprioception (el sentido de la autopostura en el espacio) indica la posición de los miembros y señales de motor efferent de relatar movimientos que el cerebro ha pedido recientemente, y el cuerpo se hace. Hurst y Marie-Louise Mittelsteadt comprobada si el gerbo confía en el paso de integración en el experimento, donde los roedores tuvieron que encontrar su pequeño en una arena circular y volver a la casa, localizada por la frontera de la arena. Si los gerbos despacio giraran la arena, por tanto no notan la rotación, los roedores estaban equivocados en el camino atrás - en la proporción con la rotación, para la cual se han hecho girar. Esto implica que en esta tarea, confiaron en sus señales vestibulares internas.

Sitios de neuronas

John O'Keefe y los colegas condujeron una serie de experimentos con ratas libremente móviles, durante las cuales gastaron la actividad de grabación extracelular del hippocampus - el departamento cerebral, localizado en el lóbulo temporal medial. O'Keefe y sus colegas encontraron que la actividad de las áreas de la célula principales CA1 y Ca3 casi exactamente se predijo la posición espacial de los animales. O'Keefe llamó estas neuronas de células lugar. Los sitios de neuronas por lo general inactivos, pero enormemente aumentan su actividad cuando el animal pasa por un lugar donde hay un área de la activación de la neurona. Las células diferentes son sensibles a sitios diferentes de los alrededores, así en todas partes es activo sólo un grupo pequeño de células, con una exactitud de codificar la ubicación del animal. Además, en los sitios de neuronas del nivel demográficos proporcionan una especie de «mapa» del ambiente, tal Tolmanovsky mapa cognoscitivo. Ya que un espacio de operación medio de neuronas es constante a tiempo y permite el ambiente y las amplias pautas permanecen lo mismo. Sin embargo, en una célula del lugar del ambiente diferente puede cambiar su ubicación o actividad para parar la actividad totalmente. Este proceso se llama trazando un mapa de nuevo. Así, cualquier medio tendrá cierta representación del espacio de la neurona. Las neuronas colocan intensivamente estudiado durante casi 40 años, se encuentra en varias especies, incluso ratones, murciélagos y gente.

De manera interesante, la actividad de neuronas en el lugar parece vulnerable a la influencia de las mismas variables que afectan la orientación de animal. Por ejemplo, las llaves distal (puntos de referencia) o la geometría del ambiente circundante. Por ejemplo, si los animales están en un ambiente simple con una tarjeta de acceso en la pared como el único punto de referencia, entonces, si esta tarjeta se girará a cierta posición, la posición de los sitios de la neurona se hará girar también. Las neuronas son capaces de colocar la confianza en la información recibida de los pasos de integración. Se vieron en el uso de señales internas en las condiciones experimentales que causan un conflicto entre las señales internas y externas. Sin embargo, en circunstancias normales, principalmente en la actividad de la célula del lugar afecta la información del ambiente.

Neuronas en dirección de la cabeza

Otro tipo de neuronas es neuronas en dirección de la cabeza. Fue descubierto por James Rankin y sus colegas. A diferencia de la acción de la célula del lugar de la dirección de la cabeza de neuronas los potenciales se pueden activar en cualquier lugar en el ambiente. Sin embargo las neuronas de la dirección principales sólo se activan cuando la cabeza del animal se orienta en una dirección preferida en el plano horizontal de la célula. Cada neurona dirección preferida diferente, y juntos, estas células pueden ser la base de un sentido de la orientación. Las células fueron identificadas por la dirección de la cabeza en una amplia gama de áreas del cerebro - tanto estructuras corticales como subcorticales como el núcleo del tálamo, y en los cuerpos mamillary, la corteza entorhinal, algunos de los cuales la información se proyecta directamente en el hippocampus.

Como neuronas del lugar, la cabeza de la dirección de neuronas confía en señales ambientales. Las condiciones que llevan a sitios de nueva correlación neuronales llevan a la dirección neuronal que acompaña las rotaciones de la cabeza. Sin embargo la dirección de neuronas diferente del espacio principal de neuronas que son activas en todos los ambientes. Como giran, hacen se conecta, como una población sola. Por ejemplo, si una célula tiene una dirección preferida en 60 ° y el otro - en 120 °, cuando el animal se mueve a otro medio, dos neuronas cambian su dirección preferida de la activación juntos para mantener el mismo ángulo de la proporción de 60 °.

Durante los años 1980 y los años 1990, el área de neurociencia, dedicada al entendimiento de las representaciones de los nervios de la cognición espacial subyacente, ha sido muy productiva, pero a la apertura grande más cercana tuvo que esperar dos décadas.

Neuronas del celosía

En 2005, el estudio activo del hippocampus se lanzó de nuevo debido a que mayo - Britt y Edward Moser descubrió otro tipo de la neurona, que, ya que pareció, se implicó en el procesamiento de la información espacial. Como los sitios de neuronas este tipo de células se activan en el momento de estar en cierto lugar. Aunque en cambio sólo activarse una vez en un ambiente particular, se activaron sobre el área entera un modelo triangular regular en un «embaldosado». A causa de su naturaleza regular y que se repite Moser llamó estas neuronas «barras». Las rejas son las células más numerosas en las capas superficiales del medio de la corteza entorhinal (SEC), aunque se puedan encontrar en las capas más profundas. El celosía de la neurona se puede describir de tres modos: a través de su cobertura (la distancia entre activación de espacios vecina), orientación (sus hachas del celosía a alguna dirección de la referencia) y la fase (celosía de dos dimensiones misalignment a un punto externo de apoyo). Además, celosía anatómicamente las neuronas organizaron en módulos que tienen un alcance similar y orientación, pero cuyas fases son cambiadas por valores diferentes. La fase de tal neurona puede cambiar según el ambiente en el cual el animal es, pero, como con la dirección de neuronas de la cabeza, son activos en todos los ambientes.

Importantemente, los cambios de fases y orientación del celosía neuronas consecuentes dentro de su módulo, pero puede variar en módulos diferentes. Cuando las neuronas del celosía sólo se abrieron, se creyó que son substrate de los nervios para el paso de integración. Además, su descubrimiento ha llamado la atención de muchos teóricos que supusieron que el celosía de los nervios pueda desempeñar un papel importante en la formación de la actividad espacial de otras células, en particular lugar de neuronas. Aunque los estudios recientes hayan conducido para dudar de esta hipótesis, ya que la actividad de neuronas en el espacio sigue en ausencia de la actividad de neuronas en el celosía, y allí cultiva pruebas que las neuronas en el celosía también afectan el ambiente a saber su geometría y el nivel de novedad. Sin embargo, los científicos todavía creen que las neuronas del enrejado más probables son un substrate para la integración del territorio y, por supuesto, afectan la actividad de neuronas en el lugar, aunque sean no necesariamente totalmente lo definen.

Frontera de neuronas

Como ya mencionado anteriormente, la geometría del ambiente tiene una fuerte influencia en la actividad de neuronas espaciales diferentes. De hecho, los modelos tempranos de su actividad asumieron la existencia de neuronas divisorias que codifican la distancia al límite más cercano del medio y proporcionan ingresos al lugar de neuronas. En este modelo, se supuso que estas células se deberían alargar a lo largo de los límites de campana y el ambiente específico debe ser controlado por la dirección simple de la cabeza. Tales células realmente se encontraron hace aproximadamente una década, grupos de investigación y Moser O'Keefe independientemente en Subicle y CEA en ratas. Como esperado, estas células son más activas cerca de los límites del medio, como paredes o bordes agudos, y eran el área bien controlada de la cabeza.

Por ejemplo, una frontera de la neurona es totalmente el personalizable a la frontera, que está al sur del animal. Si el segundo límite de la paralela incluida al primer borde, la neurona desarrolla un nuevo espacio de la activación a lo largo del borde del norte de una nueva frontera. El efecto de la actividad neuronal en el espacio fronterizo de neuronas requiere la investigación inmediata. Aunque se sepa que los límites de la célula son una proyección en el hippocampus. Por consiguiente, se puede suponer que sus células del espacio de Actividad de formas activas. El total resulta tras esto se ha encontrado varios tipos de células, que se especializan en el procesamiento de la información espacial en el cerebro en roedores y mamíferos. Estas células hacen bien con el apoyo de la capacidad de animal de encontrar su camino. ¿Pero ya que está relacionado con el humano?

La percepción espacial del humano

Bien estudiado, que el hippocampus desempeña un papel principal en la formación de memoria, o al menos mantenimiento y juego de la memoria a corto plazo. A pesar de esto, los científicos todavía hay una pregunta si aceptar hippocampus humano, similar al hippocampus de roedores, participación en la formación del comportamiento espacial. Gracias a avances tecnológicos modernos en estudios de representación cerebrales (eg, MRI funcional) los neuroscientists eran capaces de examinar la participación de las áreas diferentes del cerebro humano en el proceso de pensamiento. De acuerdo con las susodichas conclusiones, sacadas de experimentos con animales, estos estudios han confirmado la participación del hippocampus en la regulación de varias actividades en el espacio, sobre todo aquellos que requieren una estrategia flexible de encontrar un camino. Además, los pacientes con electrodos intracraneales implantados con objetivos médicos, proporcionaron una oportunidad única de explorar la actividad de neuronas individuales, que es la base del pensamiento humano. Un cierto número de estos estudios estaba basado en los experimentos espaciales en los cuales en las células del lóbulo temporales mediales se encontraron en el mismo lugar y reacción a las células del celosía en roedores.

Además, los descubrimientos hechos por experimentos con animales, inspiraron a investigadores a investigar a pacientes con el daño al hippocampus. Estos estudios han mostrado que pacientes con unos problemas hippocampus dañados normalmente observados con un comportamiento espacial, en particular en el descubrimiento del camino hacia el objetivo intencionado. Finalmente, las enfermedades comunes asociadas con la amnesia, por ejemplo la enfermedad de Alzheimer, también son debido al empeoramiento de la percepción espacial. De estas conclusiones implica indirectamente que las conexiones de los nervios que apoyan roedores de percepción espaciales, y se puede encontrar en la gente.

En general, aunque la mayor parte del sistema de navegación de la investigación cerebral esté basado en experimentos con roedores, tenemos la razón de creer que los descubrimientos hechos con la ayuda de animales, se pueden transferir a la gente, y así proporcionar un entendimiento profundo de los procesos de neurobiological que apoyan la percepción espacial humana. Además, sabiendo sobre el papel del hippocampus en el proceso nemónico, los investigadores de este fenómeno sólo no pueden mudar la luz en los mecanismos detrás del pensamiento humano sano, sino también descubrir los procesos debilitados en desórdenes de memoria.