Ești pe drumul spre muncă, când mintea ta se îndreaptă spre prelegerea pe care ai programat să o dai după-amiaza. Vă repetați discuția cu dvs. în timp ce ajungeți la birou, pregătindu-vă pentru întrebările pe care le-ar putea pune colegii. Mai târziu, pe măsură ce eliminați căsuța de e-mail, vă gândiți la opțiunile de prânz în timp ce derulați la nesfârșit.

Acestea sunt doar câteva exemple ale modului în care fiecare acțiune pe care o întreprindem în lumea reală poartă cu ea acțiunea ascunsă, alternativă, pe care ne-am imaginat-o doar că o luăm. S-au investit eforturi considerabile de cercetare pentru a înțelege cum și de ce luăm deciziile noastre active, dar noi linii de dovezi ne spun că timpul petrecut în realități alternative servește, de asemenea, unui scop neurologic important.

Multe părți ale creierului lucrează împreună pentru a ne construi hărțile mentale, dar principalii jucători în navigația spațială sunt hipocamp, sediul memoriei în creier și cortexul entorhinal, care se odihnește adiacent cal de mare și transmite informațiile generate acolo către zone de procesare superioare.

Încă din 1948, s-a propus ca rozătoarele să se bazeze pe diverse indicii de mediu pentru a genera hărți care să recompenseze în sarcinile de învățare a labirintului. Cu toate acestea, natura acestei hărți și celulele care au generat-o au rămas un mister. Treizeci de ani mai târziu, cercetătorii au observat că anumite celule hipocampice la șobolani trag mai frecvent atunci când intră în locuri specifice. În mod remarcabil, tiparele de tragere ale acestor rețele de celule sunt stabile în timp, chiar și în absența indicilor care au fost prezenți la activarea lor inițială. Descoperirea acestor „celule de loc” denumite descriptiv a pregătit calea pentru o interogare mai precisă a bazei neurobiologice a identificării căilor.

Când au fost descoperite celulele locului, funcția lor propusă a fost de a crea o hartă topografică unu-la-unu a unui spațiu dat. În drum de la lumea fizică la creier, cele mai multe dintre reprezentările noastre senzoriale prezintă ceea ce este cunoscut sub numele de organizarea topografică. Imaginați-vă că vă urcați în mașină și că v-ați orientat spre piese necunoscute. S-ar putea să vă bazați pe navigația prin satelit, GPS sau pe o hartă de hârtie pentru a vă ghida la destinație. Așa cum fiecare punct de pe hartă corespunde unui anumit reper din călătoria dvs., plasați celulele cu ancore de repere specifice din mediu pentru a vă orienta în spațiu.

Topografia noastră spațială internă este mai sofisticată, cu celule hipocampice care codifică reprezentări ale anumitor stimuli, indicii sau recompense în contextul comportamentului animalului în acele spații. De exemplu, imaginați-vă că ajungeți la aeroport într-o țară necunoscută. S-ar putea să aveți cunoștințe generale despre conceptul de aeroport, împreună cu repere vizuale familiare, care vă ancorează în acest nou spațiu. Unele dintre aceste informații sunt biografice, bazându-se pe amintirile tale unice ale altor aeroporturi.

În funcție de faptul dacă aceste experiențe au fost pozitive sau negative, semnificația emoțională a acestor spații va contribui, de asemenea, la harta dvs. personală, iar toți acești factori se combină pentru a crea experiența spațiului mult mai bogat decât un simplu ansamblu de repere.

„Așezați celulele se ancorează pe reperele specifice din mediu pentru a vă orienta în spațiu”.

Studii mai recente efectuate pe primate au arătat că celulele hipocampului funcționează ușor diferit în creierele primatelor decât în ​​creierele rozătoarelor, declanșând ca răspuns la o serie de stimuli diferiți care nu sunt strict legați de localizare. Munca continuă la șoareci, primate și oameni a stabilit, de asemenea, că hipocampul nu este un actor singuratic. Intrați în cortexul entorhinal, care transmite informații senzoriale către hipocampus și acționează ca o punte spre neocortex, unde sunt emise multe dintre comenzile noastre cognitive și motorii mai sofisticate.

Cercetătorii au descris recent un rețea de celule din cortexul entorhinal numite „celule de rețea”, care codifică propria mișcare în raport cu mediul dvs., adăugând o piesă critică la puzzle-ul celulei de loc atunci când vine vorba de strategii de navigare mai largi. Rețelele de rețea pot trasa mai precis direcția și distanțele dintre obiectele dintr-un spațiu, pe baza unor indicii de mișcare interne, mai degrabă decât a intrării senzoriale din spațiul în sine. Aceste sisteme funcționează împreună pentru a reprezenta dinamic spațiile în moduri care pot fi modificate prin experiență, încorporând flexibil informații noi, dar permițând și aceste spații să devină familiare în timp.

Dar odată ce avem în minte o reprezentare a unui spațiu, cum decidem cum să interacționăm cu acesta? Acest lucru necesită luarea de decizii active, iar combustibilul pentru decizie este recompensa. Aici devin deosebit de importante atributele non-spațiale ale neuronilor care alcătuiesc sistemele noastre de navigație. Cercetătorii au descoperit în cadrul studiilor de rozătoare că valoarea recompensei percepute sau semnificația anumitor obiecte dintr-un mediu poate schimba mai mult tiparele de tragere ale celulelor în direcția lor. Prin urmare, o valoare de recompensă estimată mai mare asociată cu o anumită viraj sau locație într-un labirint ar fi prezice mișcarea în acea direcție. Deci, ce rămâne cu cărările nealese?

Recent, o echipă de cercetători la UCSF a măsurat tragerea celulelor locului hipocampului la șobolani pe măsură ce îndeplineau sarcinile de navigație spațială. Șobolanii au fost așezați într-un labirint și activitatea lor neuronală a fost realizată în timp real, în timp ce alegeau între căi care divergeau la un punct de alegere. În acest fel, cercetătorii au reușit să atribuie modele unice de tragere a celulelor de loc care corespundeau fiecărui braț al labirintului după ce șobolanul a făcut o alegere și a continuat să călătorească pe lângă acesta.

În mod surprinzător, când șobolanul s-a apropiat de punctul de alegere, fiecare dintre seturile de celule de loc care reprezentau fiecare braț al labirintului au tras rapid în alternanță, aruncând zarurile în orice viitor posibil înainte de a fi făcută alegerea. Ceea ce înseamnă acest lucru este că nu numai calea pe care animalul o parcurge în cele din urmă în timp real, ci și calea alternativă posibilă, sunt reprezentate în mod egal în spațiul neuronal, oferind o explicație mecanicistă pentru reprezentările mentale ale viitorului.

„Posibila cale alternativă, este reprezentată în mod egal în spațiul neuronal, oferind o explicație mecanicistă pentru reprezentările mentale ale viitorului.”

La rozătoare, studiile de navigație au loc în ansambluri simple de masă care nu pot surprinde complexitatea unui mediu din lumea reală. Realitate virtuala a devenit din ce în ce mai popular ca divertisment personal, dar oferă, de asemenea, cercetătorilor niveluri fără precedent de varietate și control în cercetarea navigației spațiale. Un grup din Marea Britanie a folosit un joc mobil numit Sea Hero Quest pentru a captura unul dintre cele mai mari seturi de date despre raționamentul spațial pe grupe de vârstă înregistrate.

Date de joc indică faptul că raționamentul spațial poate începe să se diminueze când suntem la vârsta de 19 ani, iar alegerile traseului jucătorilor au diferit în funcție de faptul că au purtat varianta e4 a genei APOE, care a fost folosită de mult timp ca marker de diagnostic clinic pentru boala Alzheimer. Noile strategii ca acestea care transformă jocurile mobile simple în instrumente de colectare a datelor clinice ne-ar putea extinde înțelegerea cu privire la modul în care progresează bolile neurodegenerative și ar putea accelera dezvoltarea unui diagnostic precoce foarte personalizat.

O mare parte din înțelegerea noastră asupra modului în care gândim despre viitor a rezultat din studierea pacienților care nu mai pot aminti trecutul. Încă din primele zile ale neuroștiinței, când studiile leziunilor erau adesea cele mai informative instrumente la dispoziția noastră pentru a afla despre funcția diferitelor părți ale creierului, am înțeles că hipocampus este necesar pentru rechemarea memoriei.

Deteriorarea hipocampului este asociată cu amnezie, precum și cu raționamentul spațial afectat. Dar mai multe studii de referință au arătat că leziunile hipocampice interferează, de asemenea, cu capacitatea de a imagina evenimente ipotetice. În mod consecvent, pacienții cu amnezie nu numai că au dificultăți în amintirea informațiilor biografice recente, dar, atunci când sunt solicitați, pot oferi doar declarații generale despre evenimentele viitoare din viața lor.

Pierderea memoriei este frecventă pe măsură ce îmbătrânim, dar așa cum arată multe studii, capacitatea noastră de a naviga în spațiu scade, de asemenea, pe măsură ce îmbătrânim. Aceste deficite apar la vârste mai vechi decât alte măsuri generale ale afectării cognitive, sugerând că unele dintre funcțiile sistemului de navigație sunt unice și funcționează independent de alte tipuri de procesare a memoriei și a informațiilor din hipocamp.

Cele mai vulnerabile structuri din creierul îmbătrânit sunt cele care codifică mișcarea, cum ar fi cortexul entorhinal. Arderea celulelor locului hipocampic devine, de asemenea, neregulată la șobolanii mai în vârstă. În mod semnificativ, structurile responsabile de orientarea noastră în spațiu sunt, de asemenea, cele mai vulnerabile la patologia bolii Alzheimer, indicând afectarea navigației ca un potențial criteriu de diagnostic precoce pentru această și alte afecțiuni neurodegenerative, cum ar fi boala Parkinson.

Viața noastră de zi cu zi este plină de decizii, atât conștiente, cât și inconștiente. Dar, după cum arată un corp crescut de dovezi, creierul nostru este capabil să călătorească la fel de mult de-a lungul cărărilor pe care le alegem, precum cele pe care le renunțăm.

Pe măsură ce continuăm să aflăm despre relațiile complicate dintre navigația spațială, memorie și neurodegenerare, putem constata că timpul petrecut contemplând ceea ce ar fi putut fi este la fel de important ca și timpul pe care îl petrecem în mod activ. Și, în timp ce funcția cognitivă în scădere este acceptată ca o parte normală a îmbătrânirii, menținerea acestor funcții angajate cu exerciții mentale simple, cum ar fi puzzle-uri, jocuri de cuvinte sau citire, poate ajuta la conservarea acestor căi neuronale. În același mod, ne putem exercita sistemele de navigație prin trasarea cursurilor de-a lungul căilor pe care încă nu le-am parcurs. Așadar, data viitoare când te vei chinui să-ți aduci mintea înapoi la sarcina pe care o ai, experimentează lăsând-o să rătăcească puțin mai departe.

Acest articol a apărut inițial pe Cunoașterea neuronilor

Referinte:

Buckner, RL (2010). Rolul hipocampului în predicție și imaginație. Revista anuală a psihologiei 61, 27-48.

Coughlan, G., Coutrot, A., Khondoker, M., Minihane, A., Spires, H. și Hornberger, M. (2019). Către diagnosticul cognitiv personalizat al bolii Alzheimer cu risc genetic. PNAS 116(19), 9285-9292.

Diersch, N. și Wolbers, T. (2019). Potențialul realității virtuale pentru cercetarea navigației spațiale pe durata vieții adulților. Journal of Experimental Biology 222, jeb187252 doi: 10.1242 / jeb.187252

Eichenbaum, H., Dudchenko, P., Wood, E., Shapiro, M. și Tanila, H. (1999). Hipocampul, memoria și celulele locului. NeuronUnitatea funcțională a sistemului nervos, o celulă nervoasă care ..., 23(2), 209-226.

Giocomo, LM (2015). Reprezentarea spațială: hărți ale spațiului fragmentat. Biologie actuală, 25(9), R362-R363.

Kay, K., Chung, JE, Sosa, M., Schor, JS, Karlsson, MP, Larkin, MC, Liu, DF și Frank, LM (2020). Ciclare constantă în secundă între reprezentări ale viitorilor posibili în hipocamp. Celula, 180(3), 552-567.

Lester, AW, Moffat, SD, Wiener, JM, Barnes, CA și Wolbers, T. (2017). Sistemul de navigație pentru îmbătrânire. Neuron 95(5), 1019-1035.

carti_stiinta