Anda dalam perjalanan ke tempat kerja, apabila fikiran anda beralih ke kuliah yang dijadualkan untuk anda berikan pada sebelah petang. Anda melatih semula perbincangan anda kepada diri sendiri semasa anda tiba di pejabat, menyiapkan diri anda untuk soalan yang mungkin ditanyakan oleh rakan sekerja anda. Kemudian, semasa anda menghantar peti masuk e-mel anda, anda akan memilih pilihan makan tengah hari semasa anda menatal tanpa henti.
Ini hanya beberapa contoh bagaimana setiap tindakan yang kita lakukan di dunia nyata juga membawa tindakan tersembunyi dan gantian yang hanya kita bayangkan. Usaha penyelidikan yang besar telah dilaburkan untuk memahami bagaimana dan mengapa pengambilan keputusan aktif kami, tetapi bukti baru memberitahu kami bahawa masa yang kita habiskan dalam realiti alternatif juga berfungsi untuk tujuan neurologi yang penting.
Banyak bahagian otak bekerjasama untuk membina peta mental kita, tetapi pemain utama dalam navigasi spasial adalah hippocampus, tempat duduk memori di otak, dan korteks entorhinal, yang terletak berdekatan dengan hippocampus dan menyampaikan maklumat yang dihasilkan di sana ke kawasan pemprosesan yang lebih tinggi.
Pada awal tahun 1948, diusulkan agar tikus bergantung pada petunjuk persekitaran yang beragam untuk menghasilkan peta untuk ganjaran dalam tugas pembelajaran labirin. Walau bagaimanapun, sifat peta ini dan sel yang membuatnya tetap menjadi misteri. Tiga puluh tahun kemudian, para penyelidik memerhatikan bahawa sel hippocampal spesifik pada tikus lebih kerap menyerang ketika memasuki tempat tertentu. Hebatnya, corak penembakan rangkaian sel-sel ini stabil dari masa ke masa, bahkan jika tidak ada tanda-tanda yang terdapat pada pengaktifan awal mereka. Penemuan "sel tempat" yang disebut secara deskriptif ini membuka jalan untuk penyiasatan yang lebih tepat mengenai asas neurobiologi penemuan jalan.
Ketika sel tempat ditemui, fungsi yang dicadangkan mereka adalah untuk membuat peta topografi satu-ke-satu ruang tertentu. Dalam perjalanan dari dunia fizikal ke otak, kebanyakan gambaran deria kita menunjukkan apa yang dikenali sebagai organisasi topografi. Bayangkan masuk ke dalam kereta anda dan berangkat ke bahagian yang tidak diketahui. Anda mungkin bergantung pada navigasi satelit, GPS, atau peta kertas untuk membimbing anda ke destinasi anda. Sama seperti setiap titik di peta anda sesuai dengan mercu tanda tertentu dalam perjalanan anda, letakkan sel-sel berlabuh ke mercu tanda tertentu di persekitaran untuk mengarahkan anda ke angkasa.
Topografi ruang dalaman kita lebih canggih, dengan sel-sel hippocampal menyandikan representasi rangsangan, isyarat, atau penghargaan tertentu dalam konteks bagaimana haiwan itu berkelakuan di dalam ruang-ruang tersebut. Contohnya, bayangkan tiba di lapangan terbang di negara yang tidak dikenali. Anda mungkin mempunyai pengetahuan umum mengenai konsep lapangan terbang, bersama dengan mercu tanda visual yang tidak asing lagi, yang akan memikat anda di ruang baru ini. Sebilangan maklumat ini bersifat biografi, berdasarkan kenangan unik anda di lapangan terbang lain.
Bergantung pada sama ada pengalaman ini positif atau negatif, makna emosi ruang ini juga akan menyumbang kepada peta peribadi anda, dan semua faktor ini bergabung untuk mewujudkan pengalaman ruang yang jauh lebih kaya daripada kumpulan mercu tanda sederhana.
"Tempatkan sel berlabuh ke mercu tanda tertentu di persekitaran untuk mengarahkan anda ke luar angkasa."
Kajian yang lebih baru pada primata menunjukkan bahawa sel hippocampal beroperasi sedikit berbeza pada otak primata daripada yang dilakukan pada otak tikus, menembak sebagai tindak balas kepada pelbagai rangsangan yang berbeza yang tidak terikat dengan lokasi. Pekerjaan yang sedang berlangsung pada tikus, primata, dan manusia juga membuktikan bahawa hippocampus bukanlah pelakon tunggal. Masukkan korteks entorhinal, yang menyampaikan maklumat deria ke hipokampus dan bertindak sebagai jambatan ke neokorteks, di mana banyak arahan kognitif dan motor yang lebih canggih dikeluarkan.
Penyelidik baru-baru ini menerangkan a rangkaian sel dalam korteks entorhinal yang disebut "sel grid", yang mengekod pergerakan anda sendiri dengan persekitaran anda, menambahkan bahagian penting pada teka-teki sel tempat ketika datang ke strategi navigasi yang lebih luas. Rangkaian grid dapat dengan tepat menentukan arah dan jarak antara objek dalam ruang, berdasarkan isyarat gerakan dalaman dan bukannya input deria dari ruang itu sendiri. Sistem ini bekerjasama untuk merepresentasikan ruang secara dinamis dengan cara yang dapat diubah suai berdasarkan pengalaman, menggabungkan maklumat baru secara fleksibel tetapi juga membiarkan ruang ini menjadi biasa dari masa ke masa.
Tetapi setelah kita memiliki perwakilan ruang dalam fikiran, bagaimana kita memutuskan bagaimana berinteraksi dengannya? Ini memerlukan pengambilan keputusan yang aktif, dan bahan bakar untuk keputusan adalah ganjaran. Di sinilah sifat-sifat neuron bukan spasial yang membentuk sistem navigasi kita menjadi sangat penting. Para penyelidik mendapati di seluruh kajian tikus bahawa nilai ganjaran yang dirasakan atau kepentingan objek tertentu di persekitaran dapat mengubah pola penembakan sel dengan lebih berat ke arahnya. Oleh itu, nilai ganjaran yang diramalkan lebih tinggi yang dikaitkan dengan giliran atau lokasi tertentu dalam labirin akan berlaku ramalkan pergerakan ke arah itu. Jadi bagaimana dengan jalan yang tidak dipilih?
Baru-baru ini, sepasukan penyelidik di UCSF mengukur penembakan sel tempat hippocampal pada tikus ketika mereka menyelesaikan tugas navigasi spasial. Tikus ditempatkan di labirin dan aktiviti saraf mereka digambarkan dalam waktu nyata ketika mereka memilih antara jalan yang menyimpang pada titik pilihan. Dengan cara ini, para penyelidik dapat memberikan corak unik penembakan sel tempat yang sesuai dengan setiap lengan labirin setelah tikus telah membuat pilihan dan meneruskan perjalanan di sepanjangnya.
Yang mengejutkan, ketika tikus menghampiri titik pilihan, masing-masing set sel tempat yang mewakili salah satu lengan labirin ditembak dengan cepat secara bergantian, memutar dadu pada masa depan yang mungkin sebelum pilihan dibuat. Maksudnya adalah bahawa bukan hanya jalan yang akhirnya dilalui oleh haiwan dalam masa nyata, tetapi jalan alternatif yang mungkin, juga diwakili dalam ruang saraf, memberikan penjelasan mekanistik untuk perwakilan mental masa depan.
"Jalan alternatif yang mungkin, dilambangkan sama dalam ruang saraf, memberikan penjelasan mekanistik untuk representasi mental masa depan."
Pada hewan pengerat, kajian navigasi dilakukan dalam pemasangan meja sederhana yang tidak dapat menangkap kerumitan persekitaran dunia nyata. Realiti maya telah menjadi semakin popular sebagai hiburan peribadi, tetapi ia juga menawarkan tahap dan kawalan yang belum pernah terjadi sebelumnya kepada penyelidik dalam penyelidikan navigasi spasial. Sebuah kumpulan di UK telah menggunakan permainan mudah alih yang disebut Sea Hero Quest untuk menangkap salah satu kumpulan data terbesar mengenai penaakulan spasial di antara kumpulan umur yang direkodkan.
Data permainan menunjukkan bahawa penaakulan spasial dapat mulai berkurang ketika kita berusia 19 tahun, dan pilihan laluan pemain berbeza-beza bergantung pada apakah mereka membawa varian e4 gen APOE yang telah lama digunakan sebagai penanda diagnostik klinikal untuk penyakit Alzheimer. Strategi baru seperti ini yang mengubah permainan mudah alih menjadi alat pengumpulan data klinikal dapat memperluas pemahaman kita tentang bagaimana penyakit neurodegeneratif berkembang, dan mempercepat perkembangan diagnosis awal yang sangat dipersonalisasi.
Sebilangan besar pemahaman kita tentang bagaimana kita berfikir tentang masa depan muncul dari mengkaji pesakit yang tidak lagi dapat mengingat masa lalu. Sejak zaman awal ilmu saraf, ketika kajian lesi sering menjadi alat yang paling bermaklumat untuk kita pelajari mengenai fungsi bahagian otak yang berbeza, kita telah memahami bahawa hippocampus diperlukan untuk mengingat ingatan.
Kerosakan hipokampal dikaitkan dengan amnesia, dan juga pertimbangan spasial yang merosot. Tetapi beberapa kajian penting menunjukkan bahawa kecederaan hippocampal juga mengganggu kemampuan membayangkan kejadian hipotetis. Secara konsisten, pesakit dengan amnesia tidak hanya mengalami kesukaran untuk mengingat maklumat biografi baru-baru ini, tetapi ketika diminta hanya dapat memberikan pernyataan umum mengenai peristiwa yang akan datang dalam hidup mereka.
Kehilangan ingatan adalah perkara biasa ketika kita meningkat usia, tetapi banyak kajian menunjukkan, kemampuan kita untuk menavigasi di angkasa juga menurun seiring bertambahnya usia. Kekurangan ini muncul pada usia yang lebih awal daripada ukuran umum penurunan kognitif, menunjukkan bahawa beberapa fungsi sistem navigasi unik dan beroperasi secara bebas daripada jenis memori dan pemprosesan maklumat lain di hipokampus.
Struktur yang paling rentan di otak penuaan adalah struktur yang mengekod pergerakan, seperti korteks entorhinal. Penembakan sel tempat hipokampal juga menjadi tidak menentu pada tikus yang lebih tua. Yang penting, struktur yang bertanggungjawab untuk mengarahkan kita ke angkasa lepas juga paling rentan terhadap patologi penyakit Alzheimer, yang menunjukkan gangguan navigasi sebagai kriteria diagnostik awal yang berpotensi untuk ini dan keadaan neurodegeneratif lain seperti penyakit Parkinson.
Kehidupan seharian kita dipenuhi dengan keputusan, sedar dan tidak sedar. Tetapi sebagaimana banyak bukti yang diungkapkan, otak kita mampu melakukan perjalanan sepanjang jalan yang kita pilih seperti yang kita tinggalkan.
Semasa kita terus belajar mengenai hubungan yang rumit antara navigasi spasial, memori, dan neurodegenerasi, kita mungkin mendapati bahawa masa yang kita habiskan untuk memikirkan apa yang mungkin adalah sama pentingnya dengan masa yang kita habiskan untuk merancang secara aktif. Dan sementara fungsi kognitif yang menurun diterima sebagai bahagian normal untuk bertambah tua, menjaga fungsi ini tetap dengan latihan mental sederhana seperti teka-teki, permainan kata, atau membaca dapat membantu melestarikan jalur saraf ini. Dengan cara yang sama, kita dapat menggunakan sistem navigasi kita dengan memetakan kursus di sepanjang jalan yang belum kita tempuh. Oleh itu, pada masa berikutnya anda menghadapi kesukaran untuk mengembalikan fikiran anda ke tugas yang ada, bereksperimen dengan membiarkannya mengembara sedikit lebih jauh.
Artikel ini pada asalnya muncul di Mengetahui Neuron
Rujukan:
Buckner, RL (2010). Peranan Hippocampus dalam Ramalan dan Imaginasi. Kajian Tahunan Psikologi 61, 27-48.
Coughlan, G., Coutrot, A., Khondoker, M., Minihane, A., Spiers, H., & Hornberger, M. (2019). Menuju Diagnostik Kognitif Peribadi Penyakit Alzheimer At-Genetik-Risiko. PNAS 116(19), 9285-9292.
Diersch, N., & Wolbers, T. (2019). Potensi realiti maya untuk penyelidikan navigasi spasial sepanjang jangka hayat orang dewasa. Jurnal Biologi Eksperimen 222, jeb187252 doi: 10.1242 / jeb.187252
Eichenbaum, H., Dudchenko, P., Wood, E., Shapiro, M., & Tanila, H. (1999). Sel Hippocampus, Memori, dan Tempat. Sel-sel otakUnit berfungsi sistem saraf, sel saraf yang ..., 23(2), 209-226.
Giocomo, LM (2015). Perwakilan Ruang: Peta Ruang Berpecah. Biologi Semasa, 25(9), R362-R363.
Kay, K., Chung, JE, Sosa, M., Schor, JS, Karlsson, MP, Larkin, MC, Liu, DF, & Frank, LM (2020). Berbasikal Sub-detik berterusan antara Perwakilan Kemungkinan Masa Depan di Hippocampus. Sel, 180(3), 552-567.
Lester, AW, Moffat, SD, Wiener, JM, Barnes, CA, & Wolbers, T. (2017). Sistem Navigasi Penuaan. Sel-sel otak 95(5), 1019-1035.
books_science
