Kuinka aivomme kuvittelevat vaihtoehtoista todellisuutta

Olet matkalla töihin, kun mielesi siirtyy eteenpäin luentoon, jonka aiot pitää pitäväsi iltapäivällä. Harjoitat puhetta itsellesi vetäessäsi toimistoon valmistautuessasi kysymyksiin, joita kollegasi voivat kysyä. Myöhemmin, kun teet sähköpostin postilaatikkoa, tyhjennät lounasvaihtoehtojasi vierittäessäsi loputtomasti.

Nämä ovat vain muutamia esimerkkejä siitä, kuinka jokainen toiminta reaalimaailmassa toteuttaa myös sen piilotetun, vaihtoehtoisen toiminnan, jonka vain kuvittelimme tekevän. Aktiivisen päätöksenteon miten ja miksi ymmärtämiseen on panostettu huomattavasti, mutta uudet todistustiedot kertovat meille, että vaihtoehtoisissa todellisuuksissa vietetty aika palvelee myös tärkeää neurologista tarkoitusta.

Monet aivojen osat työskentelevät yhdessä mielenkarttojen rakentamiseksi, mutta alueellisen navigoinnin päätoimijat ovat hippokampuksessa, muistin istuin aivoissa ja entorinaalinen aivokuori, joka lepää aivohalvauksen vieressä hippokampus ja välittää siellä tuotetun tiedon korkeammille käsittelyalueille.

Jo vuonna 1948 ehdotettiin, että jyrsijät luottaisivat monipuolisiin ympäristöviitteisiin karttojen tuottamiseksi palkkioiksi labyrintinopetuksen tehtävissä. Tämän kartan luonne ja sen luoneet solut pysyivät kuitenkin mysteerinä. Kolmekymmentä vuotta myöhemmin tutkijat havaitsivat, että rotilla olevat hippokampuksen solut tulevat useammin tullessaan tiettyihin paikkoihin. Huomattavana on, että näiden soluverkkojen ampumiskuviot ovat vakaat ajan myötä, jopa silloin, kun niiden alkuperäisen aktivoinnin yhteydessä ei ollut viitteitä. Näiden kuvailevasti nimettyjen "paikkasolujen" löytäminen loi tietä polkukehityksen neurobiologisen perustan tarkemmalle kuulusteluille.

Kun paikkasolut löydettiin, niiden ehdotettu tehtävä oli luoda yksitellen topografinen kartta tietystä tilasta. Matkalla fyysisestä maailmasta aivoihin suurin osa aistien esitysmuodoistamme edustaa sitä, mitä tunnetaan topografinen organisaatio. Kuvittele tulla autoosi ja lähteä tuntemattomiin osiin. Saatat luottaa satelliittinavigointiin, GPS: ään tai paperikarttaan opastaaksesi määränpäähän. Aivan kuten jokainen karttasi piste vastaa tiettyä maamerkkiä matkallasi, aseta solut ankkuroimaan itsesi tiettyihin maamerkkeihin ympäristössä, jotta voit suunnata sinut avaruuteen.


sisäinen tilausgrafiikka


Sisäinen alueellinen topografiamme on hienostuneempaa, kun hippokampuksen solut koodaavat tiettyjen ärsykkeiden, vihkojen tai palkkioiden esityksiä eläimen käyttäytymisen suhteen näissä tiloissa. Kuvittele esimerkiksi saapuvan lentokentälle vieraassa maassa. Saatat olla yleistä tietoa lentokentän käsitteestä sekä tuttuja visuaalisia maamerkkejä, jotka ankkuroivat sinut tähän uuteen tilaan. Jotkut näistä tiedoista ovat elämäkertaisia, ja ne perustuvat ainutlaatuisiin muistoihisi muilla lentokentillä.

Riippuen siitä, olivatko nämä kokemukset positiivisia vai negatiivisia, näiden tilojen emotionaalinen merkitys myötävaikuttaa myös henkilökohtaiseen karttaan, ja kaikki nämä tekijät yhdessä luovat kokemuksen tilasta, joka on paljon rikkaampi kuin yksinkertainen maamerkkien kokoaminen.

"Sijoita solut ankkuroimaan itsensä tiettyihin maamerkkeihin ympäristössä suunnataksesi sinut avaruuteen."

Uusimmat kädellisiä koskevat tutkimukset paljastivat, että hippokampuksen solut toimivat kädellisten aivoissa hiukan eri tavalla kuin jyrsijöiden aivoissa, ampuen vasteena joukolle erilaisia ​​ärsykkeitä, jotka eivät ole tiukasti paikallaan. Meneillään oleva työ hiirillä, kädellisillä ja ihmisillä on myös todennut, että hippokampus ei ole yksinäinen näyttelijä. Syötä entorinaalinen aivokuori, joka välittää aistitiedot hippokampukseen ja toimii sillana neokorteksiin, missä annetaan monia kehittyneempiä kognitiivisia ja motorisia komentojamme.

Tutkijat ovat hiljattain kuvanneet a entorinaalisen aivokuoren soluverkko, jota kutsutaan ”ristikkosoluiksi”, joka koodaa omaa liikettä suhteessa ympäristöösi, lisäämällä kriittisen kappaleen paikkasolupuskeeseen, kun kyse on laajemmista navigointistrategioista. Ruudukkoverkot voivat tarkemmin piirtää suunnan ja etäisyydet objektien välillä tilassa, perustuen sisäisiin liikeviitteisiin pikemminkin kuin itse aistiin suuntautuvaan aistotuloon. Nämä järjestelmät toimivat yhdessä edustamaan tiloja dynaamisesti tavoilla, joita kokemus voi muuttaa, sisällyttämällä joustavasti uutta tietoa, mutta myös antamalla näiden tilojen tutustua ajan myötä.

Mutta kun meillä on mieluummin avaruuden esitys, miten päätämme miten olla vuorovaikutuksessa sen kanssa? Tämä vaatii aktiivista päätöksentekoa, ja päätöksenteon polttoaine on palkkio. Täällä navigointijärjestelmäämme muodostavien neuronien ei-spatiaaliset ominaisuudet tulevat erityisen tärkeiksi. Tutkijat havaitsivat jyrsijätutkimuksissa, että tiettyjen ympäristössä olevien esineiden havaittu palkkioarvo tai merkitys voi siirtää solujen ampumismalleja voimakkaammin suuntaansa. Siksi tiettyyn käännökseen tai sijaintiin sokkeloon liittyvä korkeampi ennustettu palkitsemisarvo olisi ennustaa liikettä siihen suuntaan. Entä polut, joita ei ole valittu?

Äskettäin UCSF: n tutkijat mittasi hippokampuksen paikalla solujen ampumisen rotilla heidän suoritettuaan paikalliset navigointitehtävät. Rotat asetettiin sokkeloon ja niiden hermoaktiivisuus kuvailtiin reaaliajassa, kun he valitsivat polkujen välillä, jotka eroavat valintapisteessä. Tällä tavalla tutkijat pystyivät osoittamaan ainutlaatuisia paikkasolujen ampumisen malleja, jotka vastasivat sokkelon kumpaakin vartta sen jälkeen, kun rotta oli tehnyt valinnan ja matkusti sitä pitkin.

Silmiinpistävää, kun rotta lähestyi valintapistettä, jokainen paikkasolujoukko, joka edusti jompaa kumpaa sokkeloa, ampui nopeasti vuorotellen, heittäen noppaa jompaan kumpaan mahdolliseen tulevaisuuteen ennen valinnan tekemistä. Tämä tarkoittaa, että paitsi eläimen lopulta kulkema tie reaaliajassa, myös mahdollinen vaihtoehtoinen polku esitetään yhtäläisesti hermossa, tarjoamalla mekaanisen selityksen tulevaisuuden mielenterveyksille.

"Mahdollinen vaihtoehtoinen polku esitetään tasa-arvoisesti hermossa, tarjoamalla mekaaninen selitys tulevaisuuden mielenosoituksille."

Jyrsijöillä navigointitutkimukset tapahtuvat yksinkertaisissa pöytäkokoonpanoissa, jotka eivät pysty havaitsemaan reaalimaailman ympäristön monimutkaisuutta. Virtuaalitodellisuus siitä on tullut yhä suositumpaa henkilökohtaisena viihteenä, mutta se tarjoaa tutkijoille myös ennennäkemättömän monimuotoisuutta ja hallintaa avaruusnavigointitutkimuksessa. Ryhmä Isossa-Britanniassa on käyttänyt Sea Hero Quest -nimistä matkapuhelinta, joka on tallentanut suurimman mahdollisen ikäryhmien alueellisen päättelyn tietojoukot.

Pelin tiedot osoittaa, että spatiaalinen päättely voi alkaa heikentyä, kun olemme jo 19-vuotiaita, ja pelaajien reittivalinnat vaihtelivat sen mukaan, kantoivatko he AP4E-geenin eXNUMX-varianttia, jota on pitkään käytetty kliinisenä diagnostiikkamerkkinä Alzheimerin taudille. Tällaiset uudet strategiat, jotka tekevät yksinkertaisista mobiilipeleistä kliinisen tiedonkeruun työkaluja, voisivat merkittävästi laajentaa ymmärrystämme siitä, kuinka neurodegeneratiiviset sairaudet etenevät, ja nopeuttaa erittäin henkilökohtaisen varhaisen diagnoosin kehitystä.

Suuri osa ymmärryksestämme siitä, miten ajattelemme tulevaisuutta, on syntynyt tutkimalla potilaita, jotka eivät enää pysty muistamaan menneisyyttä. Neurotieteen hyvin varhaisista ajoista lähtien, jolloin leesiointitutkimukset olivat usein informatiivisimpia työkalujamme käytettävissämme aivojen eri osien toiminnan oppimiseksi, olemme ymmärtäneet, että hippokampusta tarvitaan muistin palauttamiseen.

Hippokampuksen vaurioihin liittyy amnesiaa, samoin kuin heikentyneisiin alueellisiin perusteisiin. Mutta useat merkittävät tutkimukset ovat osoittaneet, että hippokampuksen vammat häiritsevät myös kykyä kuvitella hypoteettisia tapahtumia. Johdonmukaisesti amnesiapotilailla ei ole vain vaikeuksia muistuttaa viimeisimpiä elämäkerran tietoja, vaan he voivat kehotettaessaan tarjota vain yleisiä lausumia elämänsä tulevista tapahtumista.

Muistin menetys on yleistä vanhetessamme, mutta kuten monet tutkimukset osoittavat, kykymme navigoida avaruudessa myös heikkenee vanhetessamme. Nämä puutteet ilmenevät aikaisemmissa ikäryhmissä kuin muut kognitiivisen heikkenemisen mitat, mikä viittaa siihen, että jotkut navigointijärjestelmän toiminnoista ovat ainutlaatuisia ja toimivat riippumattomasti muunlaisesta hippokampuksen muistista ja tietojenkäsittelystä.

Ikääntyvien aivojen haavoittuvimmat rakenteet ovat rakenteita, jotka koodaavat liikettä, kuten entorinaalinen aivokuori. Hippocampal-paikkasolujen ampuminen muuttuu myös vanhemmilla rotilla. Merkittävää on, että rakennukset, jotka vastaavat meistä avaruuteen suuntautumisesta, ovat myös alttiimpia Alzheimerin taudin patologialle, viitaten navigointivaikeuksiin mahdollisena varhaisdiagnoosikriteerinä tälle ja muille neurodegeneratiivisille tiloille, kuten Parkinsonin tauti.

Päivittäinen elämämme on täynnä päätöksiä, sekä tietoisia että tiedostamattomia. Mutta kuten kasvava joukko todisteita paljastaa, aivomme kykenevät kulkemaan aivan yhtä paljon valitsemillamme poluilla kuin hylätyt.

Kun jatkamme opiskelua alueellisen navigoinnin, muistin ja neurodegeneraation monimutkaisista suhteista, saatamme huomata, että aika, jonka vietämme pohtimaan sitä, mikä olisi voinut olla, on yhtä tärkeä kuin aika, jonka vietämme aktiivisesti suunnittelussa. Ja vaikka kognitiivisen toiminnan heikkeneminen hyväksytään normaaliksi osaksi ikääntymistä, näiden toimintojen pitäminen sitoutuneina yksinkertaisiin mielenterveysharjoitteluihin, kuten palapeleihin, sanapeleihin tai lukemiseen, voi auttaa säilyttämään nämä hermoväylät. Samalla tavoin voimme käyttää navigointijärjestelmäämme kartoittamalla kursseja vielä kuljettamattomille poluille. Joten seuraavan kerran, kun huomaat taistelevani mielen palauttamiseksi käsillä olevaan tehtävään, kokeile antamalla sen vaeltaa hiukan kauemmas.

Tämä artikkeli on alun perin ilmestynyt Neuronien tunteminen

Viitteet:

Buckner, RL (2010). Hippokampuksen rooli ennustamisessa ja mielikuvituksessa. Psykologian vuosikatsaus 61, 27-48.

Coughlan, G., Coutrot, A., Khondoker, M., Minihane, A., Spires, H., & Hornberger, M. (2019). Kohti geneettisen riskin Alzheimerin taudin henkilökohtaista kognitiivista diagnostiikkaa. PNAS 116(19), 9285-9292.

Diersch, N., & Wolbers, T. (2019). Virtuaalitodellisuuden mahdollisuudet paikkatietokartoitustutkimuksessa koko aikuisen eliniän ajan. Journal of Experimental Biology 222, jeb187252 doi: 10.1242 / jeb.187252

Eichenbaum, H., Dudchenko, P., Wood, E., Shapiro, M., & Tanila, H. (1999). Hippokampus, muisti ja paikkasolut. NeuroniHermoston toiminnallinen yksikkö, hermosolu, joka ..., 23(2), 209-226.

Giocomo, LM (2015). Spatiaalinen esitys: Hajanaisen tilan kartat. Nykyinen biologia, 25(9), R362-R363.

Kay, K., Chung, JE, Sosa, M., Schor, JS, Karlsson, kansanedustaja, Larkin, MC, Liu, DF ja Frank, LM (2020). Jatkuva toisen sekunnin pyöräily mahdollisten tulevaisuuden esitysten välillä Hippokampuksessa. Cell, 180(3), 552-567.

Lester, AW, Moffat, SD, Wiener, JM, Barnes, CA, & Wolbers, T. (2017). Ikääntyvä navigointijärjestelmä. Neuroni 95(5), 1019-1035.

books_science