Le système de navigation du cerveau

Neuroscientist dit des neurones hippocampus la carte cognitive d'espace et du cerveau.

La capacité de naviguer dans l'espace et déterminer l'état de choses est importante pour la survie d'humains, mammifères et d'autres créatures mobiles. Dans de dernières décennies, la recherche dans le domaine de la perception spatiale est particulièrement réussie et devenez un sujet d'un intérêt particulier aux psychologues, neuroscientists et aux mathématiciens. Ces études ont rendu possible de comprendre certaines des stratégies utilisées par les animaux dans le processus de navigation et ont identifié un ensemble de types de cellule responsables de traiter l'information spatiale. Il a aidé à définir un cadre pour comprendre les images neuronales et les mécanismes le sous-tendant les capacités cognitives fondamentales. Certaines des découvertes clées dans la région brièvement résumée ci-dessous.

Carte cognitive

Dans la psychologie, le début de XX siècle a été dominé par la théorie de comportement. Le béhaviorisme comprend le comportement de l'animal à la suite des séquences acquises "le stimulus - la réaction", en menant aux résultats souhaités. La plupart des études de comportement ont été conduites sur les rats, qui sont formés à naviguer sur le labyrinthe de différents niveaux de difficulté, recevoir la récompense - la nourriture. Selon les béhavioristes, les rats apprennent à naviguer en apprenant par cœur une séquence d'actions (eg, la séquence de tours), qui a mené à une récompense délicieuse. Cependant, Edward Tolman était le premier à mettre dans la question cette vue. Tolman a suggéré que l'animal a une série de systèmes intérieurs qui peuvent le guider flexiblement vers l'accomplissement des objectifs. Tolman était hypothétique que les animaux ont la soi-disant carte cognitive - une image mentale de l'environnement environnant, qui porte l'information lors de la conclusion de différents repères clés et de leur rapport l'un avec l'autre. Ce dessin soutient l'orientation dans un environnement changeant complexe. Tolman a évalué l'hypothèse avec quelques expériences.

Dans une expérience, les rats d'abord pour accomplir les prix ont été formés à surmonter une série de labyrinthes circulaires. Ce problème est résolu avec une stratégie simple de "stimulus - la réaction". Après l'entraînement sur cette tâche la portion annulaire du labyrinthe a été enlevée et a été construite pour remplacer la partie des couloirs, organisés sur le modèle des rayons du soleil. Seulement un de ces couloirs a mené au prix. Si vous avez utilisé auparavant la stratégie d'animaux "le stimulus - la réponse" pour résoudre ce problème, mais cette fois ils ne seraient pas capables de résoudre cette partie du problème de cette manière. Cependant, beaucoup d'entre eux choisissent le bon couloir - une piste qu'ils n'avaient jamais élue et ont accomplie des prix. Tolman a soutenu que les animaux pourraient résoudre cette partie du problème, comme ont formé une carte cognitive mentale du labyrinthe, qui permet de sélectionner des trajets nouveaux et adaptatifs.

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En d'autres termes, les animaux peuvent bouger entre deux endroits faute de l'information sur l'environnement, tel aussi dans l'obscurité, qu'ils combinent leurs signaux intérieurs. Les exemples de tels signaux sont le système vestibulaire qui contrôle le mouvement de corps, proprioception (le sens de posture de soi dans l'espace) indique la position des membres et les signaux automobiles efferent de signaler des mouvements que le cerveau a ordonnés récemment et le corps est fait. Hurst et Marie-Louise Mittelsteadt ont vérifié si gerbil comptent sur le tracé d'intégration dans l'expérience, où les rongeurs devaient trouver son petit sur une arène circulaire et revenir à la maison, localisée sur la frontière de l'arène. Si gerbils tournait lentement l'arène, donc ils ne remarquent pas la rotation, les rongeurs se sont trompés sur le chemin de retour - dans la proportion à la rotation, pour laquelle ils ont été tournés. Cela implique que dans cette tâche, ils ont compté sur leurs signaux vestibulaires intérieurs.

Endroits de neurones

John O'Keefe et collègues ont conduit une série d'expériences avec les rats librement mobiles, pendant lesquels ils ont passé l'extracellular l'activité enregistrante du hippocampus - le département du cerveau, localisé dans le lobe temporel médial. O'Keefe et ses collègues ont constaté que l'activité des régions de cellule principales CA1 et Ca3 a été presque exactement prédite la position spatiale des animaux. O'Keefe a appelé ces neurones de cellules l'endroit. Les endroits de neurones d'habitude inactifs, mais augmentent beaucoup leur activité quand l'animal traverse un endroit où il y a une région de l'activation de neurone. De différentes cellules sont sensibles à de différents endroits de la région environnante, est actif n'importe où donc seulement un petit groupe de cellules, avec une exactitude d'encoder l'endroit de l'animal. De plus, aux endroits de neurones de niveau démographiques fournissent une sorte de "carte" de l'environnement, un tel Tolmanovsky la carte cognitive. Car un espace d'opération moyen de neurones est constant à temps et permet l'environnement et les grandes orientations restent le même. Cependant, dans une différente cellule d'endroit d'environnement peut changer son endroit ou activité pour arrêter l'activité complètement. On appelle ce processus en refaisant la carte. Ainsi, tout moyen d'expression aura une certaine représentation de l'espace de neurone. Les neurones placent intensivement étudié depuis presque 40 ans, il est trouvé dans les espèces différentes, en incluant des souris, des chauve-souris et des humains.

De façon intéressante, l'activité de neurones dans l'endroit semble vulnérable à l'influence des mêmes variables qui affectent l'orientation d'animal. Par exemple, les clés distal (points de référence) ou la géométrie d'environnement environnante. Par exemple, si les animaux sont dans un environnement simple avec une carte clée sur le mur comme le point de référence unique, donc, si cette carte sera tournée à une certaine position, la position des endroits de neurone sera tournée aussi. Les neurones sont capables de placer la dépendance à l'information reçue des tracés d'intégration. Ils ont été vus dans l'utilisation de signaux intérieurs dans les conditions expérimentales qui provoquent un conflit entre les signaux intérieurs et externes. Cependant, dans les circonstances normales, principalement dans l'activité de cellule d'endroit affecte l'information d'environnement.

Neurones en direction de la tête

Un autre type de neurones est des neurones en direction de la tête. Il a été découvert par James Rankin et ses collègues. À la différence de l'action de cellule d'endroit de direction de tête de neurones les potentiels peuvent être activés à tout endroit dans l'environnement. Néanmoins les neurones de direction de tête sont activés seulement quand la tête de l'animal est orientée dans une direction préférée dans le plan horizontal de la cellule. Chaque neurone la différente direction préférée et ensemble, ces cellules peuvent sous-tendre un sentiment de la direction. Les cellules ont été identifiées par la direction de la tête dans un large éventail de régions du cerveau - tant cortical que structures subcortical telles que le noyau du thalamus et dans les corps mamillary, le cortex entorhinal, dont certains l'information va certainement directement dans le hippocampus.

Comme les neurones d'endroit, la tête de direction de neurones compte sur les signaux de l'environnement. Les conditions qui mènent à neuronal l'avance d'endroits refaisante la carte à la direction neuronal accompagnant les rotations de la tête. Néanmoins la direction de neurones différente de l'espace de tête de neurones qui sont actifs dans tous les environnements. Comme ils tournent, ils font il est raccordé, comme une population simple. Par exemple, si une cellule a une direction préférée à 60 ° et l'autre - à 120 °, quand l'animal bouge à un autre moyen d'expression, deux neurones changent leur direction préférée d'activation ensemble pour maintenir le même angle de rapport de 60 °.

Pendant les années 1980 et les années 1990, la région de neurobiologie, consacrée à la compréhension des représentations neuronales de la connaissance spatiale sous-jacente, a été très productive, mais à la grande ouverture la plus proche devait attendre deux décennies.

Neurones de treillis

En 2005, l'étude active du hippocampus a été relancée en raison du fait qui le mai - Britt et Edward Moser a découvert un autre type de neurone, qui, puisqu'il a semblé, a été impliqué dans le traitement d'information spatiale. Comme les neurones place ce type de cellules sont activés au moment d'être dans un certain endroit. Bien que plutôt être activés seulement une fois dans un environnement particulier, ils aient été activés sur la région entière un dessin triangulaire régulier sur le "fait de couvrir de tuiles". À cause de leur nature régulière et se reproduisant Moser a appelé ces neurones "les barres". Les grilles sont les plus nombreuses cellules dans les couches superficielles du milieu du cortex entorhinal (SEC), bien qu'ils puissent être trouvés dans les couches plus profondes. Le treillis de neurone peut être décrit de trois façons : par le biais de sa couverture (la distance entre l'activation de champs voisine), orientation (ses haches de treillis à une direction de référence) et la phase (défaut d'alignement de treillis de deux dimensions à un point externe de soutien). En outre, le treillis anatomiquement les neurones ont organisé dans les modules qui ont une portée semblable et une orientation, mais dont les phases sont déplacées par de différentes valeurs. La phase d'un tel neurone peut changer selon l'environnement dans lequel l'animal est, mais, comme avec la direction de neurones de la tête, ils sont actifs dans tous les environnements.

De manière importante, les changements dans les phases et l'orientation de treillis les neurones conséquents dans son module, mais peut varier dans de différents modules. Quand les neurones de treillis se sont ouverts juste, on a cru qu'ils sont substrate neuronal pour le tracé d'intégration. De plus, leur découverte a attiré l'attention de beaucoup de théoriciens qui ont supposé que le treillis neuronal peut jouer un rôle important dans la formation d'activité spatiale d'autres cellules, particulièrement l'endroit de neurones. Bien que les études récentes aient mené pour douter de cette hypothèse, comme l'activité de neurones dans l'espace continue faute de l'activité de neurones dans le treillis et cultive là l'évidence que les neurones dans le treillis affectent aussi l'environnement à savoir sa géométrie et le niveau de nouveauté. Cependant, les scientifiques croient toujours que les neurones de treillis les forts probablement sont un substrate pour l'intégration du territoire et, évidemment, affectent l'activité de neurones dans l'endroit, bien qu'ils ne soient pas nécessairement le définissent complètement.

Frontière de neurones

Comme déjà mentionné au-dessus, la géométrie de l'environnement a une forte influence sur l'activité de différents neurones spatiaux. En fait, de premiers modèles de leur activité ont supposé l'existence de neurones limites qui encodent la distance à la limite la plus proche du moyen d'expression et fournissent des contributions à l'endroit de neurones. Dans ce modèle, il a été supposé que ces cellules doivent être allongées le long des limites de terrain et l'environnement spécifique doit être contrôlé par la direction simple de la tête. De telles cellules ont été vraiment trouvées il y a environ une décennie, les groupes de recherche et Moser O'Keefe de façon indépendante dans Subicle et CEA dans les rats. Comme attendu, ces cellules sont plus actives près des limites du moyen d'expression, telles que les murs ou les bords pointus et étaient la région bien contrôlée de la tête.

Par exemple, une frontière de neurone est complètement customizable à la frontière, qui est au sud de l'animal. Si la deuxième limite du parallèle inclus au premier bord, le neurone développe un nouveau champ d'activation le long du bord du Nord d'une nouvelle frontière. L'effet d'activité neuronal dans l'espace de frontière de neurones exige l'enquête immédiate. Bien qu'il soit connu que les limites de cellule sont une projection sur le hippocampus. Par conséquent, il peut être supposé que leurs cellules d'espace d'Activité de formulaires actives. Le total le retourne cela a été trouvé plusieurs types de cellules, qui sont spécialisées dans le traitement de l'information spatiale dans le cerveau dans les rongeurs et les mammifères. Ces cellules font bien avec le soutien de la capacité d'animaux de trouver leur voie. Mais puisqu'il s'entend à l'humain ?

La perception spatiale de l'humain

Bien étudié, que le hippocampus joue un rôle important dans la formation de mémoire, ou au moins maintien et le jeu de la mémoire à court terme. En dépit de cela, les scientifiques toujours il y a une question s'il faut accepter hippocampus humain, semblable au hippocampus de rongeurs, participation dans la formation de comportement spatial. Grâce aux progrès technologiques modernes dans les études de reflétant de cerveau (eg, MRI fonctionnel) neuroscientists étaient capables d'examiner la participation des différentes régions du cerveau humain dans le processus réfléchi. Conformément aux susdites conclusions, tirées des expériences avec les animaux, ces études ont confirmé la participation du hippocampus dans le règlement de diverses activités dans l'espace, surtout ceux qui exigent une stratégie flexible de trouver une voie. De plus, les patients avec les électrodes intracrâniennes implantées dans les buts médicaux, ont fourni une occasion unique d'explorer l'activité de neurones individuels, qui est la base de réflexion humaine. Un certain nombre de ces études était basé sur les expériences spatiales dans lesquelles dans les cellules de lobe temporelles médiales ont été trouvés au même endroit et à la réaction aux cellules de treillis dans les rongeurs.

En plus, les découvertes faites par les expériences avec les animaux, ont inspiré des chercheurs à enquêter sur les patients avec le dommage au hippocampus. Ces études ont montré que les patients avec des problèmes hippocampus endommagés normalement observés avec un comportement spatial, en particulier dans la conclusion de la voie à la cible projetée. Finalement, les maladies communes associées à l'amnésie, par exemple la Maladie d'Alzheimer, sont aussi en raison de la détérioration de la perception spatiale. De ces conclusions il implique indirectement que les connexions neuronales qui soutiennent des rongeurs de perception spatiaux et peut être trouvé dans les humains.

En général, bien que la plupart du système de navigation de la recherche du cerveau soit basée sur les expériences avec les rongeurs, nous avons la raison de croire que les découvertes faites avec l'aide d'animaux, peuvent être transférées aux humains et ainsi fournir une compréhension profonde des processus de neurobiological qui soutiennent la perception spatiale humaine. De plus, en étant au courant du rôle du hippocampus dans le processus mnémotechnique, les chercheurs de ce phénomène peuvent pas éclairer seulement les mécanismes derrière la réflexion humaine en bonne santé, mais aussi découvrir les processus affaiblis dans les désordres de mémoire.