Yol aptallığı için bir harita tuttuğunuzda, zihninizdeki bu sinirin yeniden geliştirilmesi gerekebilir!
Yazar: Deng tiger
Tam olarak nerede olduğumuzu nasıl bileceğiz? Neden bir yerden diğerine doğru bir şekilde gidebiliyoruz? Beynimiz gerekli rota bilgisini nasıl öğrenir ve hatırlar? Bu soruların cevapları 2014 Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülü ile başlıyor. O yıl ödül üç nörofizyologa verildi - John O`keefe, May-Britt Moser) ve Edvard Moser, Beyindeki konumlandırma sistemini keşfetmedeki katkılarından dolayı.
Şekil 1. Öğrenme ve hafıza ile ilgili olarak, hala beyinde saklı birçok çözülmemiş sır vardır. Resim kaynağı: 123RF
Beyindeki bu "yerleşik GPS" sistemi, Entorhinal kortekste (EC) bulunan ızgara hücrelerinden, hipokampusta (Hipokampus) bulunan yer hücrelerinden ve yakındaki bazı diğer işlevsel hücrelerden oluşur. oluşturmak. Bu sistemin işlevi, vücudun uzamsal konumunu belirlemek ve bu bilgileri rotaları doğru bir şekilde planlamak ve karmaşık ortamlarda gezinmek için kullanmamızı sağlamaktır. Hayvanlar veya insanlar yeni bir ortama girdiğinde, bu sistem öğrenme ve hafıza sürecini tekrar etmeye devam edecek ve yeni çevrenin mekansal bilgisinin anlaşılmasını ve kontrolünü güncellemeye ve pekiştirmeye devam edecektir.
Nobel Ödülü ilk iki sorunu çözdü ancak Beynimiz bilgiyi nasıl öğrenir ve hatırlar? Hala bir gizem. Çoğu bilim insanı, beyindeki hipokampus sisteminin ve ilgili korteksin mekansal gezinme, öğrenme ve hafıza oluşumu için çok önemli olduğuna inanıyor. Hipokampusa doğrudan zarar verirse veya hipokampus ile ilgili beyin korteksi (entorhinal korteks gibi) arasındaki girdi-çıktı bağlantısını bozarsa ciddi öğrenme ve hafıza bozukluklarına neden olur.
Hücre morfolojisi ve kortikal gelişimdeki farklılıklara göre, hipokampus dört fan şekilli alana, CA1, CA2, CA3 ve CA4'e bölünmüştür. Birden fazla duyu organından gelen bilgiler, bir dizi beyin bölgesinde ön işleme tabi tutulur ve daha fazla işlem ve depolama için entorhinal korteks yoluyla esas olarak hipokampa iletilir. Önceki çalışmalar, entorinal korteks ile hipokampus arasındaki bilgi alışverişinin esas olarak biri uzun diğeri kısa olmak üzere iki yoldan tamamlandığını göstermiştir. Uzun olanı dolaylı sinaptik afferent yol (kısaca uzun menzilli dolaylı yol) olarak adlandırılır ve bilgi aktarım yolu: entorhinal korteksteki ikinci katman hipokampal dentat girus CA3 CA1; kısa olanı ise doğrudan sinaps olarak adlandırılır. Afferent yolda (kısaca kısa menzilli doğrudan yol), bilgi doğrudan entorhinal korteks yapısının üçüncü katmanından hipokampus CA1'e iletilir. Uzun menzilli dolaylı yollar, öğrenme ve hafıza sürecinde çok önemlidir. Çok sayıda deneysel çalışma, uzun menzilli dolaylı yoldaki nöronlar arasındaki sinaps dağılımını da ortaya çıkarmıştır. Bununla birlikte, kısa menzilli doğrudan yolların ve sinaptik bağlantı haritasının işlevsel rolü hakkında çok az şey bilinmektedir. . Araştırmacılar, entorhinal korteksin rolünü anlamaya çalıştıklarında, entorhinal kortekste farklı alanlar tarafından işlenen içeriklerin oldukça farklı olduğunu buldular. Entorhinal korteksin (MEC) iç tarafında bulunan sinir hücreleri, uzaysal bilgiye daha duyarlıyken, entorhinal korteksin (LEC) dış tarafındaki sinir hücreleri, uzaysal olmayan bilgilere (koku, renk vb.) . fakat, İç ve dış entorhinal korteks sinir hücreleri, kısa menzilli direkt yoldaki sinaptik bağlantılar ve öğrenme ve hafıza işlevlerinde yer alan mekanizmalar arasında önemli farklılıklar olup olmadığı, henüz net bir sonuç yoktur. .
Şekil 2. Medial ve lateral entorhinal korteks ile hipokampus (uzun menzilli yol, kısa menzilli yol) arasındaki bağlantının şematik diyagramı. Görsel kaynağı: Yazar, Guilherme Neves et al., 2012'den uyarlanmıştır.
Yakın zamanda, Zhang Xiaohuinin Pekin Normal Üniversitesi, Beyin ve Bilişsel Bilimler Enstitüsü ve Bilişsel Sinirbilim ve Öğrenme Devlet Anahtar Laboratuvarından araştırma ekibi, Nature Neuroscience dergisinde hücre bileşimi ve sinaptik bağlantılara odaklanan bir kapak makalesi yayınladı. , Nöron elektriksel aktivitesi ve öğrenme davranışı dört seviye, bazı net sonuçlar verdi.
Araştırma ekibi, hipokampusta 354 sinir hücresi kaydetti ve bunları nöromorfolojik olarak yeniden yapılandırdı. Sonuçlar, hipokampusun CA1 dorsal bölgesinde gerçekten farklı morfolojik sinir hücresi popülasyonları olduğunu gösterdi. Bu, önceki çalışmaların sonuçlarıyla tutarlıdır - nöronların görünümüne göre, hipokampustaki nöronal hücre popülasyonu iki kategoriye ayrılabilir: biri basit piramidal hücreler, diğeri ise karmaşık piramidal hücreler.
Daha fazla araştırma, hipokampusun CA1 bölgesindeki bu iki tip piramidal hücrenin kısa menzilli doğrudan yolda olduğunu buldu. İç ve dış entorhinal korteksteki sinir hücreleri ile sinaptik bağlantılar da önemli ölçüde farklıdır. Basit piramidal hücreler yalnızca iç entorhinal korteks (MEC) sinir hücreleriyle doğrudan bağlantılar oluşturabilirken, karmaşık piramidal hücreler iç entorhinal korteks (MEC) sinir hücreleri veya dış iç Olfaktör korteks (LEC) sinir hücreleri bağlantılar oluşturur. Başka bir deyişle, hipokampus CA1'in dorsal bölgesi Karmaşık piramidal hücreler iki tür bilginin (uzamsal bilgi ve uzamsal olmayan bilgi) girişini kabul edebilirken, basit piramidal hücreler yalnızca uzamsal bilgi girişini kabul edebilir. . Şöyle anlaşılabilir: Bir insan bir bahçedeyken, CA1'in dorsal bölgesindeki karmaşık koni hücreleri, sadece bahçedeki kişinin konumunu değil, aynı zamanda bahçedeki çiçek kokusunu da bilir; basit koni hücreleri muhtemelen sadece kişinin bahçede olduğunu bilir. Bu kadar.
Şekil 3. Yoldaki basit hücrelerin ve karmaşık hücrelerin bağlantı ve dağılımının şematik diyagramı. Resim kaynağı: Zhang Xiaohui ekibi
Araştırmacılar, kısa mesafeli doğrudan yoldaki ilişkili öğrenme davranışında medial ve lateral entorhinal korteksteki sinir hücrelerinin rolünü açıklığa kavuşturmak ve beyindeki sinir yolları ile davranış arasındaki nedensel bağlantıyı bulmak için deneysel farelerde optogenetiği kullandılar. (Optogenetik) teknolojisi. Optogenetik, bir nöromodülasyon teknolojisidir. Bu teknoloji sayesinde araştırmacılar, sinir hücrelerinin opsin üretmesini sağlamak için genetik mühendisliği kullanabilir ve ardından sinir hücrelerinin aktivite özelliklerini manipüle etmek için ışığı kullanabilir. Örneğin, beynimizin belirli bir bölümünün insanların uykusunu kontrol etmekten sorumlu olduğunu varsayalım, o zaman bu belirli bölümü kontrol etmek için optik genetik teknolojiyi kullanarak "Mavi ışık kullanırsanız uyuyamazsınız; kırmızı ışık kullanın. Işık parladığında uykuya dalmanın etkisi. Havalı değil mi?
Zhang Xiaohui'nin ekibi, lateral entorhinal korteksi (3. katman) hipokampal CA1'in dorsal alanını, medial entorhinal korteksi (3. katman) hipokampal CA1'in dorsal alanını ve entorhinal alanı seçici olarak inhibe etmek için optik genetik teknolojiyi kullandı. Cortex 2 Hipokampal dentat girus (uzun mesafeli dolaylı yol) aktiviteleri, üç nöral devrenin faaliyetleri (bkz. Şekil 2). Deneysel sonuçlar, yalnızca lateral entorhinal korteksin (katman 3) kısa menzilli bağlantı yolunun nöral aktivitesini inhibe ederek hipokampusun CA1 dorsal alanının, hayvanların öğrenme davranışını önemli ölçüde etkileyebileceğini buldu. Bu kısa menzilli bağlantı yolu öğrenme davranışına katılabileceğinden, öğrenme sürecinde hipokampus CA1'in dorsal bölgesindeki piramidal hücrelere ne gibi değişiklikler olacak? Araştırma ekibi, bu soruyu cevaplamak için, öğrenme sürecinde hipokampus CA1'in dorsal bölgesindeki piramidal hücrelerin ateşleme aktivitesini kaydetmek için taşıyıcı fotoelektrot sinirini kullandı. Komşu sinir hücreleriyle karşılaştırıldığında, CA1 bölgesindeki kompleks piramidal hücrelerin öğrenmede farklı koku ipuçları için daha açık bir tercihe sahip olduğu bulundu. Bu, lateral entorhinal korteksin spesifik nöral yolu (3. katman) hipokampus CA1'in dorsal alanı ile öğrenme ve hafıza arasında nedensel bir bağlantı olabileceğini gösterir. . Aynı zamanda, araştırmacılar "U" şeklindeki labirenti araştıran farelerin elektrofizyolojik koşullarını da incelediler. Çalışmalar göstermiştir ki, CA1'in karmaşık ve basit piramidal hücrelerinin her ikisi de konumsal hücreler olabilir ve her ikisi de aynı miktarda uzamsal bilgiyi kodlayabilir. Bu, CA1 kompleksinin sonuçları ve kısa menzilli doğrudan yolun tespitinin bağlantı haritasında medial entorhinal korteksten girdi alan basit piramidal hücrelerin sonuçlarıyla tutarlıdır.
Şekil 4. Lateral entorhinal korteksin optogenetik manipülasyonu (katman 3) hipokampus CA1'in dorsal bölgesi farelerin öğrenme davranışını önemli ölçüde etkiler.
Bundan, Zhang Xiaohuinin ekibi ayrıntılı olarak anlattı İç ve dış entorhinal korteks ile hipokampal CA1 alanı arasındaki kısa menzilli doğrudan yolun sinaptik bağlantı haritası ve "entorhinal korteksin dışında hipokampal CA1'in dorsal alanı" kısa menzilli doğrudan yolun koku alma ilişkisini öğrenmede rol oynadığına dair kanıt bulundu. . Entorhinal korteks ve hipokampus arasında birçok başka doğrudan veya dolaylı bağlantı yolu olmasına rağmen, bilim insanlarının bu bağlantı yollarını ve öğrenmenin ve hafızanın tüm yönlerini nasıl kontrol ettiklerini anlamak için daha fazla araştırma yapmaları gerekir. Bununla birlikte, Zhang Xiaohui Ekibin bulguları, öğrenme ve hafızanın arkasındaki sinirsel mekanizmaları çözmek için sağlam bir temel oluşturdu. Bu nedenle bilim adamları, beynin gizemini ortaya çıkarmak için yolda bir adım daha attılar.
ek:
2014 Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülü'nün ana temel içeriği
1971'de, Amerika Birleşik Devletleri'nde John O'Keefer adlı bir nörofizyolog, beynin "GPS" sistemi için güçlü araştırma kanıtı sağladı. Fare beyninde "Hipokamp" adlı alanda bir tür buldu. Daha büyülü sinir hücreleri.Sıçan odada belirli bir konuma yerleştirildiğinde, alanın belirli bir bölümündeki sinir hücreleri her zaman aktif durumdadır ve fare odada başka bir özel konuma yerleştirildiğinde o bölgedeki sinir hücreleri Sinir hücrelerinin diğer kısmı her zaman aktive olur. O'Keefer böyle bir hücre grubuna "konum hücreleri" adını verdi. 30 yıldan fazla bir süre sonra, Norveçli Moser ve eşi hipokampus yakınındaki entorhinal kortekste (EC) bulunuyordu. Alanda benzer özelliklere sahip "ızgara hücreleri" bulundu. Entorhinal kortekste bulunan ızgara hücreleri, hipokampal hücreler ve yakındaki diğer bazı fonksiyonel hücreler beynin "GPS" sistemini oluşturur. İnsanlar veya hayvanlar yeni bir ortama geldiklerinde, yeni çevrenin mekansal bilgilerini korumak ve pekiştirmek için her zaman öğrenme ve hafıza sürecini tekrarlarlar. Açıktır ki, beynin entorhinal korteksi ve hipokampusu da öğrenme ve hafıza sürecine dahil olur.
Gözden Geçiren: Zhang Xiaohui, Profesör, Bilişsel Sinirbilim ve Öğrenme Eyalet Anahtar Laboratuvarı, Beijing Normal Üniversitesi
Bu alandaki benzer çalışmalar hakkında daha fazla bilgi için lütfen adresini ziyaret edin.
Düzenleme: yarın
Referanslar:
Neves, G., Cooke, S. F. ve Bliss, T. V. (2008). Sinaptik plastisite, hafıza ve hipokamp: nedenselliğe bir sinir ağı yaklaşımı. NatureReviews Neuroscience, 9 (1), 65-75.
Li, Y., Xu, J., Liu, Y., Zhu, J., Liu, N., Zeng, W., ... and Li, X. (2017). Hipokampal CA1 direkt devresine farklı bir entorhinalcortex koku alma çağrışımlı öğrenme için NatureNeuroscience.
Bu makale Guo kabuk ağından geliyor
Yeniden yazdırmak için lütfen yetkili sns@guokr.com ile iletişime geçin
Başvuru için lütfen bilimselguokr@163.com ile iletişime geçin.
