Come la rete neurale aiuta a navigare in spazio?

Il biologo dr. Doping racconta su posti di celle, optogenetics e segnali di calcio nel cervello.

Si ritiene che l'orientamento dello spazio disponibile nell'animale all'attività di posizioni di cella cosiddette nel cervello, che espongono l'attivazione elettrica specifica in accertamento di un punto specifico nello spazio di animale. In primo luogo, questa attività esiste in una gamma spaziale larga. Ma dopo di un breve periodo del tempo dopo un nuovo animale per entrare nei posti di ambiente di cella che sono nel hippocampus, una piccola area del cervello comincia a dimostrare l'attività specifica in aree certe di spazio e non lo mostra nell'altro.

Se l'animale appare diverse volte nello stesso ambiente, c'è un'attività di cella spaziale mettente quando l'animale deve più esattamente differenziarsi lo spazio. Particolarmente se trova in alcuni posti ha qualcosa per fare per un animale con comportamento aggressivo, scossa elettrica o un po' di rinforzo positivo, tale come se l'animale trovi il cibo. Per esempio, l'animale preferisce l'angolo del nord della cella, dove un neurone del hippocampus produrrà l'attività elettrica, e l'altro è silenzioso. E solo quando l'animale inizia a incontrare, dire, nell'angolo sudoccidentale della gabbia, altro neurone mostrerà altra attività. C'è una differenziazione spaziale di celle. Attività «legata» alla posizione delle celle di animale nello spazio. Quanto i neuroni più maturi sono, tanto la differenziazione più esatta succede.

C'è ragione per credere che i processi simili succedono nel cervello umano. Se pensiamo che il hippocampus eseguisce una funzione molto simile con le funzioni del hippocampus ad altri mammiferi e uno dei suoi compiti - l'orientamento in spazio, allora in esseri umani, questo processo deve avere luogo in un modo simile.

Una caratteristica caratteristica di gyrus dentato del hippocampus continua in età adulta neurogenesis - la generazione di nuovi neuroni da cellule staminali. Comunque, il ruolo di questi adulti di neuroni il comportamento è rimasto sconosciuto fino a recentemente.

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Il formare immagini mentali di segnali di calcio permette agli scienziati di controllare l'attività elettrica di neuroni. L'apparizione di calcio in celle è strettamente associata con la generazione delle sue azioni o esplosioni di potenziali. Ci sono molecole di proteina speciali, con calcio obbligatorio con quello che cominciano ad ardere. Questo segnale può esser visto con un microscopio, che penetra negli elettrodi di tessuto cerebrali.

Optogenetics Le permette di controllare l'attività di neuroni individuali, stimolando o inibendo la loro attività con luce di una lunghezza d'onda specifica. Questo approccio ha espanso l'arsenale di direzione di attività cerebrale. È basato sull'introduzione di celle sensibili alla luce nei canali di molecole di membrana che quando illuminato possono passare in una direzione o l'altro, nella cella o di ioni certi. Il movimento degli ioni determina la capacità della cella di produrre uno scarico elettrico, o, anzi, staccarsi. Le proteine «di attivazione» illuminanti conducono a eccitazione neuronal e l'illuminazione «l'inibizione», rispettivamente, per inibizione. Così, la luce può aggiustare l'attività optogenetics di neuroni individuali in aree cerebrali restrette, senza intaccare strutture adiacenti.

Registrando il segnale di calcio, gli autori sono stati capaci di istituire che i neuroni di adulti sono stati più attivi, dimostrando una più gran incidenza di risposte di calcio che le loro copie mature. Questa attività «di accordatura» delle celle dipende anche dal grado di maturità: a differenza di neuroni maturi, le celle di adulti non sono state esattamente spazialmente configurate, che è stato espresso da attivazione delle stesse celle nel topo che è in posti diversi del labirinto effettivo.

Allora, abbiamo confrontato la variazione dell'attività di calcio nel cervello in topi in parti di contatto consequenziali («A-B») o labirinto («B-B») identico. I contesti diversi differiscono nell'ambiente olfattivo, udibile, tattile e visivo. I neuroni maturi hanno mostrato specificity alto per la posizione di attivazione dell'animale in un punto dato dello spazio e la loro riattivazione riprodotta quando messo nello stesso ambiente («B-B»). Contrariamente, i neuroni non hanno mostrato l'attività giocante gli adulti a camera successivamente l'animale nello stesso labirinto.

La domanda finale è stata sui neuroni di adulti di coinvolgimento in riconoscimento della nuova situazione. Gli autori hanno addestrato topi, unendo lo spazio in un nuovo ambiente con una scossa elettrica. L'acquisto di una tal esperienza conduce a una modifica di comportamento di animale durante il secondo colpo nella stessa situazione. Utilizzando costruzione di optogenetic per neuroni immaturi leggeri inactivation di gyrus dentato hippocampus in insegnamento, Danielson e i suoi colleghi hanno constatato che l'attività di queste celle è necessaria per l'acquisto della memoria dei pericoli della nuova situazione.

Finalmente, gli inactivation di adulto di neuroni gyrus dentato di topi nella macchina fotografica «A», dove hanno ricevuto una scossa elettrica, non pregiudicano la capacità di distinguere simile, ma la macchina fotografica di sicurezza «B». Comunque, se l'inactivation è stato compiuto all'atto di accertamento di un topo nella camera «B», è difficile da proteggere la distinzione tra rischioso e contesti.

Così, gli autori sono stati capaci di istituire alcuni fatti importanti. In primo luogo, nel nuovo adulto di situazione i neuroni immaturi espongono un livello più alto di eccitabilità che le loro copie mature. Comunque, sono meno specifici in rappresentazione spaziale. In secondo luogo, la necessità di mettere di nuovo ha sembrato discriminare neuroni gli ambienti simili in vivo. Gli autori suggeriscono che, la maturazione, i neuroni adulti acquisiscano la capacità di codificare più esattamente lo spazio e più esattamente distinguere fra situazione simile.