Είστε στο δρόμο για τη δουλειά, όταν το μυαλό σας πηγαίνει μπροστά στη διάλεξη που έχετε προγραμματίσει να δώσετε το απόγευμα. Κάνετε πρόβα ομιλίας σας στον εαυτό σας καθώς ανεβαίνετε στο γραφείο, προετοιμάζοντας τον εαυτό σας για τις ερωτήσεις που μπορεί να κάνουν οι συνάδελφοί σας. Αργότερα, καθώς αποσύρετε τα εισερχόμενα του e-mail σας, σκέφτεστε τις επιλογές για μεσημεριανό γεύμα καθώς κάνετε κύλιση ατελείωτα.

Αυτά είναι μόνο μερικά παραδείγματα του πώς κάθε ενέργεια που κάνουμε στον πραγματικό κόσμο φέρει επίσης μαζί της την κρυφή, εναλλακτική ενέργεια που μόνο φανταστήκαμε να κάνουμε. Σημαντική ερευνητική προσπάθεια έχει επενδυθεί στην κατανόηση του πώς και του γιατί της ενεργού λήψης αποφάσεων, αλλά νέες γραμμές αποδεικτικών στοιχείων μας λένε ότι ο χρόνος που περνάμε σε εναλλακτικές πραγματικότητες εξυπηρετεί επίσης έναν σημαντικό νευρολογικό σκοπό.

Πολλά μέρη του εγκεφάλου συνεργάζονται για να δημιουργήσουν τους νοητικούς μας χάρτες, αλλά οι κύριοι παίκτες στη χωρική πλοήγηση είναι ιππόκαμπος, η έδρα της μνήμης στον εγκέφαλο, και ο ενδορινικός φλοιός, που βρίσκεται δίπλα στον ιππόκαμπος και μεταδίδει τις πληροφορίες που παράγονται εκεί σε υψηλότερες περιοχές επεξεργασίας.

Ήδη από το 1948, προτάθηκε ότι τα τρωκτικά βασίζονται σε ποικίλα περιβαλλοντικά στοιχεία για να δημιουργήσουν χάρτες για ανταμοιβές σε εργασίες εκμάθησης λαβύρινθου. Ωστόσο, η φύση αυτού του χάρτη και τα κύτταρα που τον δημιούργησαν παρέμεναν ένα μυστήριο. Τριάντα χρόνια αργότερα, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι συγκεκριμένα κύτταρα του ιππόκαμπου σε αρουραίους πυροδοτούνται πιο συχνά όταν εισέρχονται σε συγκεκριμένα σημεία. Είναι αξιοσημείωτο ότι τα μοτίβα πυροδότησης αυτών των δικτύων κυττάρων είναι σταθερά με την πάροδο του χρόνου, ακόμη και απουσία ενδείξεων που υπήρχαν κατά την αρχική τους ενεργοποίηση. Η ανακάλυψη αυτών των «κυττάρων του τόπου» με την περιγραφική ονομασία άνοιξε το δρόμο για μια πιο ακριβή διερεύνηση της νευροβιολογικής βάσης της εύρεσης μονοπατιού.

Όταν ανακαλύφθηκαν τα κελιά τόπου, η προτεινόμενη λειτουργία τους ήταν να δημιουργήσουν έναν τοπογραφικό χάρτη ενός προς ένα ενός δεδομένου χώρου. Καθοδόν από τον φυσικό κόσμο στον εγκέφαλο, οι περισσότερες από τις αισθητηριακές μας αναπαραστάσεις παρουσιάζουν αυτό που είναι γνωστό ως τοπογραφική οργάνωση. Φανταστείτε να μπείτε στο αυτοκίνητό σας και να ξεκινήσετε για άγνωστα μέρη. Μπορεί να βασιστείτε στη δορυφορική πλοήγηση, το GPS ή έναν χάρτινο χάρτη για να σας καθοδηγήσει στον προορισμό σας. Ακριβώς όπως κάθε σημείο στον χάρτη σας αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο ορόσημο στο ταξίδι σας, τοποθετήστε τα κελιά αγκυροβολούν σε συγκεκριμένα ορόσημα του περιβάλλοντος για να σας προσανατολίσουν στο διάστημα.

Η εσωτερική μας χωρική τοπογραφία είναι πιο περίπλοκη, με τα κύτταρα του ιππόκαμπου να κωδικοποιούν αναπαραστάσεις συγκεκριμένων ερεθισμάτων, ενδείξεων ή ανταμοιβών στο πλαίσιο του πώς συμπεριφέρεται το ζώο σε αυτούς τους χώρους. Για παράδειγμα, φανταστείτε να φτάσετε στο αεροδρόμιο σε μια άγνωστη χώρα. Μπορεί να έχετε γενική γνώση της έννοιας ενός αεροδρομίου, μαζί με γνωστά οπτικά ορόσημα, που σας αγκυροβολούν σε αυτόν τον νέο χώρο. Ορισμένες από αυτές τις πληροφορίες είναι βιογραφικές, βασισμένες στις μοναδικές σας αναμνήσεις από άλλα αεροδρόμια.

Ανάλογα με το αν αυτές οι εμπειρίες ήταν θετικές ή αρνητικές, η συναισθηματική σημασία αυτών των χώρων θα συμβάλει επίσης στον προσωπικό σας χάρτη και όλοι αυτοί οι παράγοντες συνδυάζονται για να δημιουργήσουν την εμπειρία του χώρου που είναι πολύ πιο πλούσια από μια απλή συναρμολόγηση ορόσημων.

"Τοποθέτηση κυψελών αγκυροβολούν σε συγκεκριμένα ορόσημα του περιβάλλοντος για να σας προσανατολίσουν στο διάστημα."

Πιο πρόσφατες μελέτες σε πρωτεύοντα θηλαστικά αποκάλυψαν ότι τα κύτταρα του ιππόκαμπου λειτουργούν ελαφρώς διαφορετικά στους εγκεφάλους των πρωτευόντων από ό,τι στους εγκεφάλους των τρωκτικών, πυροδοτώντας ως απόκριση σε μια σειρά διαφορετικών ερεθισμάτων που δεν είναι αυστηρά συνδεδεμένα με τη θέση. Η συνεχιζόμενη εργασία σε ποντίκια, πρωτεύοντα θηλαστικά και ανθρώπους έχει επίσης αποδείξει ότι ο ιππόκαμπος δεν είναι ένας μοναχικός ηθοποιός. Μπείτε στον ενδορινικό φλοιό, ο οποίος μεταδίδει αισθητηριακές πληροφορίες στον ιππόκαμπο και λειτουργεί ως γέφυρα προς το νεοφλοιό, όπου εκδίδονται πολλές από τις πιο εξελιγμένες γνωστικές και κινητικές εντολές μας.

Οι ερευνητές περιέγραψαν πρόσφατα α δίκτυο κυττάρων εντός του ενδορινικού φλοιού που ονομάζεται "κύτταρα πλέγματος", που κωδικοποιούν τη δική σας κίνηση σε σχέση με το περιβάλλον σας, προσθέτοντας ένα κρίσιμο κομμάτι στο παζλ του κελιού του τόπου όταν πρόκειται για ευρύτερες στρατηγικές πλοήγησης. Τα δίκτυα πλέγματος μπορούν να σχεδιάσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια την κατεύθυνση και τις αποστάσεις μεταξύ των αντικειμένων σε ένα χώρο, με βάση τα εσωτερικά σημάδια κίνησης και όχι την αισθητηριακή είσοδο από τον ίδιο τον χώρο. Αυτά τα συστήματα συνεργάζονται για να αναπαραστήσουν δυναμικά χώρους με τρόπους που μπορούν να τροποποιηθούν από την εμπειρία, ενσωματώνοντας ευέλικτα νέες πληροφορίες αλλά και επιτρέποντας σε αυτούς τους χώρους να γίνουν οικείοι με την πάροδο του χρόνου.

Αλλά μόλις έχουμε στο μυαλό μας μια αναπαράσταση ενός χώρου, πώς αποφασίζουμε πώς να αλληλεπιδράσουμε μαζί του; Αυτό απαιτεί ενεργή λήψη αποφάσεων και το καύσιμο για την απόφαση είναι η ανταμοιβή. Εδώ γίνονται ιδιαίτερα σημαντικά τα μη χωρικά χαρακτηριστικά των νευρώνων που απαρτίζουν τα συστήματα πλοήγησής μας. Οι ερευνητές ανακάλυψαν σε μελέτες σε τρωκτικά ότι η αντιληπτή αξία ανταμοιβής ή η σημασία ορισμένων αντικειμένων σε ένα περιβάλλον μπορεί να μετατοπίσει τα μοτίβα πυροδότησης των κυττάρων πιο έντονα προς την κατεύθυνσή τους. Μια υψηλότερη προβλεπόμενη τιμή ανταμοιβής που σχετίζεται με μια δεδομένη στροφή ή τοποθεσία σε έναν λαβύρινθο θα ήταν επομένως προβλέπουν κίνηση προς αυτή την κατεύθυνση. Τι γίνεται λοιπόν με τα μονοπάτια που δεν έχουν επιλεγεί;

Πρόσφατα, μια ομάδα από ερευνητές στο UCSF μέτρησαν πυροδότηση κυττάρων ιππόκαμπου σε αρουραίους καθώς ολοκλήρωσαν εργασίες χωρικής πλοήγησης. Οι αρουραίοι τοποθετήθηκαν σε έναν λαβύρινθο και η νευρική τους δραστηριότητα απεικονίστηκε σε πραγματικό χρόνο καθώς επέλεγαν ανάμεσα σε μονοπάτια που αποκλίνονταν σε ένα σημείο επιλογής. Με αυτόν τον τρόπο, οι ερευνητές μπόρεσαν να ορίσουν μοναδικά μοτίβα πυροδότησης κυψελών που αντιστοιχούσαν σε κάθε βραχίονα του λαβύρινθου αφού ο αρουραίος είχε κάνει μια επιλογή και συνέχισε να ταξιδεύει κατά μήκος του.

Εντυπωσιακά, όταν ο αρουραίος πλησίασε το σημείο επιλογής, κάθε ένα από τα σετ κυψελών που αντιπροσώπευαν και τους δύο βραχίονες του λαβύρινθου πυροβόλησε γρήγορα εναλλάξ, ρίχνοντας τα ζάρια σε οποιοδήποτε πιθανό μέλλον πριν γίνει η επιλογή. Αυτό σημαίνει ότι όχι μόνο η διαδρομή στην οποία τελικά ταξιδεύει το ζώο σε πραγματικό χρόνο, αλλά η πιθανή εναλλακτική διαδρομή, αναπαρίστανται εξίσου στον νευρωνικό χώρο, παρέχοντας μια μηχανιστική εξήγηση για τις νοητικές αναπαραστάσεις του μέλλοντος.

«Η πιθανή εναλλακτική διαδρομή, αναπαριστώνται εξίσου στον νευρωνικό χώρο, παρέχοντας μια μηχανιστική εξήγηση για νοητικές αναπαραστάσεις του μέλλοντος».

Στα τρωκτικά, οι μελέτες πλοήγησης πραγματοποιούνται σε απλές επιτραπέζιες συναρμολογήσεις που δεν μπορούν να αποτυπώσουν την πολυπλοκότητα ενός πραγματικού περιβάλλοντος. Εικονική πραγματικότητα έχει γίνει όλο και πιο δημοφιλής ως προσωπική ψυχαγωγία, αλλά προσφέρει επίσης στους ερευνητές πρωτοφανή επίπεδα ποικιλίας και ελέγχου στην έρευνα χωρικής πλοήγησης. Μια ομάδα στο Ηνωμένο Βασίλειο χρησιμοποίησε ένα παιχνίδι για κινητά που ονομάζεται Sea Hero Quest για να καταγράψει ένα από τα μεγαλύτερα σύνολα δεδομένων σχετικά με τη χωρική λογική σε όλες τις ηλικιακές ομάδες που έχουν καταγραφεί.

Δεδομένα παιχνιδιού υποδεικνύει ότι ο χωρικός συλλογισμός μπορεί να αρχίσει να μειώνεται όταν είμαστε 19 ετών και οι επιλογές διαδρομής των παικτών διέφεραν ανάλογα με το αν έφεραν την παραλλαγή e4 του γονιδίου APOE που χρησιμοποιείται εδώ και πολύ καιρό ως κλινικός διαγνωστικός δείκτης για τη νόσο του Αλτσχάιμερ. Νέες στρατηγικές όπως αυτές που μετατρέπουν απλά παιχνίδια για φορητές συσκευές σε εργαλεία συλλογής κλινικών δεδομένων θα μπορούσαν να διευρύνουν σημαντικά την κατανόησή μας για το πώς ακριβώς προχωρούν οι νευροεκφυλιστικές ασθένειες και να επιταχύνουν την ανάπτυξη εξαιρετικά εξατομικευμένης έγκαιρης διάγνωσης.

Μεγάλο μέρος της κατανόησής μας για το πώς σκεφτόμαστε το μέλλον προέκυψε από τη μελέτη ασθενών που δεν μπορούν πλέον να θυμηθούν το παρελθόν. Από τις πρώτες μέρες της νευροεπιστήμης, όταν οι μελέτες αλλοιώσεων ήταν συχνά τα πιο ενημερωτικά εργαλεία στη διάθεσή μας για να μάθουμε για τη λειτουργία διαφορετικών τμημάτων του εγκεφάλου, καταλάβαμε ότι Ο ιππόκαμπος απαιτείται για την ανάκληση μνήμης.

Η βλάβη του ιππόκαμπου σχετίζεται με αμνησία, καθώς και με εξασθενημένη χωρική λογική. Ωστόσο, αρκετές μελέτες ορόσημο έχουν δείξει ότι ο τραυματισμός του ιππόκαμπου παρεμβαίνει επίσης στην ικανότητα φαντασίας υποθετικών γεγονότων. Με συνέπεια, οι ασθενείς με αμνησία όχι μόνο δυσκολεύονται να ανακαλέσουν πρόσφατες βιογραφικές πληροφορίες, αλλά όταν τους ζητηθεί μπορούν να προσφέρουν μόνο γενικές δηλώσεις για επερχόμενα γεγονότα στη ζωή τους.

Η απώλεια μνήμης είναι συχνή καθώς γερνάμε, αλλά όπως αποδεικνύουν πολλές μελέτες, Η ικανότητά μας να πλοηγούμαστε στο διάστημα μειώνεται επίσης καθώς μεγαλώνουμε. Αυτά τα ελλείμματα εμφανίζονται σε μικρότερες ηλικίες από άλλες γενικές μετρήσεις γνωστικής εξασθένησης, υποδηλώνοντας ότι ορισμένες από τις λειτουργίες του συστήματος πλοήγησης είναι μοναδικές και λειτουργούν ανεξάρτητα από άλλα είδη επεξεργασίας μνήμης και πληροφοριών στον ιππόκαμπο.

Οι πιο ευάλωτες δομές στον γερασμένο εγκέφαλο είναι αυτές που κωδικοποιούν την κίνηση, όπως ο ενδορινικός φλοιός. Η πυροδότηση των κυττάρων του ιππόκαμπου γίνεται επίσης ακανόνιστη σε ηλικιωμένους αρουραίους. Είναι σημαντικό ότι οι δομές που είναι υπεύθυνες για τον προσανατολισμό μας στο διάστημα είναι επίσης οι πιο ευάλωτες στην παθολογία της νόσου του Αλτσχάιμερ, υποδεικνύοντας τη διαταραχή της πλοήγησης ως πιθανό πρώιμο διαγνωστικό κριτήριο για αυτήν και άλλες νευροεκφυλιστικές καταστάσεις όπως η νόσος του Πάρκινσον.

Η καθημερινότητά μας είναι γεμάτη με αποφάσεις, συνειδητές και ασυνείδητες. Όμως, όπως αποκαλύπτει ένας αυξανόμενος όγκος στοιχείων, ο εγκέφαλός μας είναι ικανός να ταξιδεύει εξίσου στα μονοπάτια που επιλέγουμε με αυτά που παραιτούμε.

Καθώς συνεχίζουμε να μαθαίνουμε για τις περίπλοκες σχέσεις μεταξύ της χωρικής πλοήγησης, της μνήμης και του νευροεκφυλισμού, μπορεί να διαπιστώσουμε ότι ο χρόνος που αφιερώνουμε στο να σκεφτόμαστε αυτό που θα μπορούσε να ήταν εξίσου σημαντικός με τον χρόνο που αφιερώνουμε ενεργά στον προγραμματισμό. Και ενώ η μείωση της γνωστικής λειτουργίας γίνεται αποδεκτή ως φυσιολογικό μέρος της γήρανσης, η διατήρηση αυτών των λειτουργιών με απλές νοητικές ασκήσεις όπως παζλ, παιχνίδια με λέξεις ή ανάγνωση μπορεί να βοηθήσει στη διατήρηση αυτών των νευρικών οδών. Με τον ίδιο τρόπο, μπορούμε να ασκήσουμε τα συστήματα πλοήγησής μας χαρτογραφώντας διαδρομές κατά μήκος των μονοπατιών που δεν έχουμε ακόμη ακολουθήσει. Έτσι, την επόμενη φορά που δυσκολεύεστε να επαναφέρετε το μυαλό σας στην εργασία που έχετε ετοιμάσει, πειραματιστείτε αφήνοντάς το να περιπλανηθεί λίγο πιο πέρα.

Αυτό το άρθρο αρχικά εμφανίστηκε Γνωρίζοντας τους νευρώνες

αναφορές:

Buckner, RL (2010). Ο ρόλος του Ιππόκαμπου στην Πρόβλεψη και τη Φαντασία. Ετήσια Επιθεώρηση Ψυχολογίας 61, 27-48.

Coughlan, G., Coutrot, A., Khondoker, M., Minihane, A., Spiers, H., & Hornberger, M. (2019). Προς Εξατομικευμένη Γνωστική Διαγνωστική της Νόσου Αλτσχάιμερ σε Γενετικό Κίνδυνο. PNAS 116(19), 9285-9292.

Diersch, N., & Wolbers, T. (2019). Οι δυνατότητες της εικονικής πραγματικότητας για έρευνα χωρικής πλοήγησης σε όλη τη διάρκεια ζωής των ενηλίκων. Journal of Experimental Biology 222, jeb187252 doi: 10.1242/jeb.187252

Eichenbaum, Η., Dudchenko, Ρ., Wood, Ε., Shapiro, Μ., & Tanila, Η. (1999). Τα κύτταρα του ιππόκαμπου, της μνήμης και του τόπου. ΝευρώναςΗ λειτουργική μονάδα του νευρικού συστήματος, ένα νευρικό κύτταρο που..., 23(2), 209-226.

Giocomo, LM (2015). Χωρική Αναπαράσταση: Χάρτες Κατακερματισμένου Χώρου. Τρέχουσα Βιολογία, 25(9), R362-R363.

Kay, K., Chung, JE, Sosa, M., Schor, JS, Karlsson, MP, Larkin, MC, Liu, DF, & Frank, LM (2020). Σταθερή Υποδευτεροβάθμια Ποδηλασία μεταξύ Αναπαραστάσεων Πιθανών Μέλλοντων στον Ιππόκαμπο. Κύτταρο, 180(3), 552-567.

Lester, AW, Moffat, SD, Wiener, JM, Barnes, CA, & Wolbers, T. (2017). Το γηράσκον σύστημα πλοήγησης. Νευρώνας 95(5), 1019-1035.

βιβλία_επιστήμη