Istraživanje pokazuje da hipokampus kodira unutrašnju mapu prostora koristeći dve suprotstavljene grupe ekscitatornih neurona — PyrUp i PyrDown — koje zajedno mere vreme i pređenu distancu. Eksperimenti na miševima na virtuelnoj stazi bez orijentira pokazali su da inhibitorne SST i PV ćelije stabilizuju i resetuju taj sistem. Optogenetsko isključivanje ovih ćelija dovelo je do pogrešne procene udaljenosti i vremena bez promene brzine, što ukazuje na interno generisane signale. Otkriće može imati implikacije za razumevanje dezorijentacije u demencijama.
Unutrašnji GPS Mozga: Kako Dve Grupe Neurona Pomažu Životinjama Da Se Orijentišu U Tami
Lead image: Rudmer Zwerver / Shutterstock
Životinjski mozak često zna gde idemo i pre nego što to potvrde oči: on gradi unutrašnje mape sveta koje se oslanjaju na neku vrstu unutrašnjeg GPS‑a, a ne na spoljašnje orijentire. Taj proces, poznat kao integracija puta (eng. path integration), omogućava mozgu da prati korake i okrete, ažurirajući položaj u vremenu i prostoru čak i u potpunom mraku.
Kako to radi u mozgu
U tom procesu ključnu ulogu imaju tzv. place ćelije u hipokampusu, koje se aktiviraju na određenim lokacijama nezavisno od vizuelnih informacija. Umesto da se oslone samo na bogate spoljne senzorne podatke, ove ćelije koriste interno generisane signale da označe važne tačke, pa zbirni obrasci njihove aktivnosti prate protok vremena i pređenu distancu tokom kretanja.
Eksperiment i metodologija
Tim naučnika iz Max Planck Florida Institute for Neuroscience istraživao je unutrašnje mape koristeći miševe koji su trčali duž virtuelne linearne staze bez očiglednih orijentira. To je primoralo životinje da se oslone na interne procene udaljenosti i vremena. Tokom zadatka naučnici su snimali aktivnost stotina neurona u hipokampusu, a zatim su pomoću svetla (optogenetski) privremeno onemogućavali određene inhibitorne ćelije kako bi ispitali efekat na procenu distance i vremena.
„U sredinama punim vidnih, zvučnih i mirisnih podražaja teško je utvrditi da li neuroni reaguju na spoljašnje senzorne signale ili na samu poziciju životinje“, objasnila je Yingxue Wang, koautorka rada.
Ključni nalazi
Analiza snimaka otkrila je dva jasna obrasca aktivnosti među ekscitatornim neuronima:
- PyrUp — grupa ćelija koja se aktivira gotovo istovremeno na početku kretanja, a svaka ćelija postepeno slabi sopstvenim tempom; zajedno te pomerene aktivnosti daju mozgu referentne tačke za merenje pređene distance.
- PyrDown — suprotan obrazac: ćelije se utišavaju na početku kretanja, a zatim postepeno vraćaju u aktivno stanje; taj mehanizam pomaže da se označi početak nove sekvence kretanja i spreči mešanje različitih pokušaja.
Autori su dalje svetlom tiho gasili dve vrste inhibitornih neurona: SST ćelije, koje stabilizuju unutrašnje vremenske signale, i PV ćelije, koje funkcionišu kao dugme za resetovanje. Kada su ove inhibitorne ćelije isključene, miševi su pogrešno procenjivali udaljenost ili proteklo vreme, i to bez promene brzine trčanja. Time su istraživači potvrdili da PyrUp i PyrDown kodiraju interno generisane mere vremena i prostora, a ne samu motoriku. Kontrolni eksperimenti eliminisali su mogućnost da su efekti posledica motoričkih problema, vizuelnih deficita ili promenjenih očekivanja nagrade.
Širi značaj i implikacije
Ako se slični obrasci potvrde i kod ljudi, ovo otkriće može pomoći da se razume zašto osobe sa Alchajmerovom bolešću i drugim oblicima demencije često postaju dezorijentisane čak i na poznatim lokacijama. Razumevanje uloge PyrUp, PyrDown, SST i PV ćelija može ukazati na potencijalne terapijske ciljeve za vraćanje ili stabilizaciju izgubljenog osećaja lokacije.
Studija je objavljena u časopisu Nature Communications, a istraživanje potiče iz Max Planck Florida Institute for Neuroscience.
Pomozite nam da budemo bolji.
