脳のナビゲーションシステム

神経科学者は、海馬の神経細胞についての空間と脳の認知地図を伝えます。

スペースにナビゲートし、物事の状態を決定する能力は、ヒト、哺乳動物および他の可動生き物の生存のために重要です。 ここ数十年では、空間認知の分野での研究は、特に成功し、心理学者、神経科学や数学への特別な関心の対象となります。 これらの研究は、ナビゲーションの方法で動物に使用される戦略のいくつかを理解することが可能となり、空間情報の処理を担当する細胞型のセットを同定しました。 それは、この基本的な認知能力の基礎となる神経画像やメカニズムを理解するためのフレームワークを定義するために役立っています。 地域における主要な発見の一部を以下に簡単にまとめます。

認知地図

心理学では、20世紀の初めには、行動理論によって支配されていました。 所望の結果につながる、 - 行動主義は、取得した配列」反応刺激」の結果として、動物の行動を理解しています。 食品 - ほとんどの行動研究は、報酬を得るために、難易度の異なる迷路をナビゲートするために訓練されたラット、に行われています。 behavioristsによると、ラットはおいしい報酬につながった、アクション（例えば、ターンのシーケンス）のシーケンスを記憶することによって移動することを学びます。 しかし、エドワード・トールマンが質問にこのビューを入れて初めてでした。 トールマンは、動物が柔軟に目標達成に向けて導くことができる内部システムのシリーズを持っていることが示唆されました。 周囲の環境の精神的な絵、異なるキーランドマークや互いの関係を見つけることについての情報を運ぶ - トールマンは、動物が、いわゆる認知地図を持っているという仮説を立てました。 このパターンは、複雑な変化環境で向きをサポートしています。 トールマンは、いくつかの実験で仮説を検証しました。

1つの実験において、賞を達成するための最初のラットは、円形迷路のシリーズを克服するために訓練されました。 「 - 反応刺激 "この問題は、単純な戦略で解決されています。 迷路のこのタスクの環状部に訓練した後に除去し、廊下の一部を置き換えるために建てられた、太陽の光のモデルに編成。 一つだけ、これらの回廊の受賞につながりました。 以前に動物の戦略を使用している場合は、「刺激 - 応答」は、この問題を解決するために、今回は彼らがこのようにしてこの問題の一部を解決することはできません。 彼らが選出されたことがなかったと賞を達成しているトラック - しかし、それらの多くは、右の廊下を選択します。 トールマンは、新たな適応ルートを選択することができます迷路の精神的な認知地図を形成しているように動物は、この問題の一部を解決できると主張しました。

脳と認知機能を改善するために-使用Cogitum 、Cortexin、 フェノトロピルとSemaxを 。

彼らは内部信号を組み合わせるように言い換えると、動物は、暗所でのように、環境に関する情報の不存在下で二つの位置の間で移動することができます。 そのような信号の例は、脳が、最近注文した動きを報告するために身体の動き、固有受容（空間自己姿勢の感覚）手足の位置を示しており、遠心性運動信号を監視前庭系であり、体が形成されています。 ハーストとマリー・ルイーズMittelsteadtはスナネズミは、げっ歯類が円形競技場の彼女のカブを見つけて、アリーナの境界線上に位置し、家に戻るために持っていた実験において、積分経路に依存しているかどうかをチェック。 スナネズミはゆっくりと舞台になって、それらが回転を気づかない場合は、げっ歯類は帰りに間違っていた - 彼らは回転されているために、回転、に比例して。 これは、このタスクでは、彼らは内部前庭信号に依存していたことを意味します。

ニューロンの場所

脳部門、内側側頭葉に位置 - ジョン・オキーフらは、彼らは、海馬の細胞外記録活動を費やし、その間に自由に動くラットを用いた一連の実験を、行いました。 オキーフと彼の同僚は、メインセル領域CA1とCA3の自発活動はほぼ正確に動物の空間的な位置を予測したことがわかりました。 オキーフは、これらの細胞のニューロンの場所と呼ばれます。 ニューロンは、通常、非アクティブに置きますが、動物は、ニューロンの活性化の領域が存在する場所を通過するときに大幅にそれらの活性を増大させます。 異なる細胞は、周辺エリアの異なる場所に敏感であるので、どこにでも動物のエンコード位置の精度を有する細胞の唯一の小さなグループ、アクティブです。 また、集団レベルでのニューロンの場所は、環境、そのようなTolmanovsky認知マップの「マップ」のようなものを提供します。 神経細胞の培地作業スペースのために時間的に一定であり、環境を可能にし、幅広いガイドラインは同じまま。 しかし、異なる環境の場所細胞に完全に活動を停止するために、その場所又は活性を変更することができます。 このプロセスは再マッピングと呼ばれています。 このように、任意の培地は、ニューロン空間の特定の表現を持つことになります。 ニューロンが集中的にほぼ40年にわたり研究と場所、それはマウス、コウモリやヒトを含む様々な種で発見されています。

興味深いことに、場所中のニューロンの活動は、動物の向きに影響を与える同じ変数の影響に対して脆弱と思われます。 例えば、遠位キー（基準点）や周囲の環境のジオメトリ。 動物が唯一の基準点として壁にカードキーを持つ単純な環境である場合、このカードは、特定の位置に回動された場合、その後、ニューロンの場所の位置も同様に回転されます。 ニューロンは、統合のパスから受信した情報に信頼を置くことができます。 彼らは、内部と外部信号との間の紛争を引き起こす実験条件における内部信号の使用で見られました。 しかし、通常の状況下では、主に場所細胞活性の環境情報に影響を与えます。

ヘッドの方向のニューロン

神経細胞の別のタイプは、ヘッドの方向におけるニューロンです。 それは、ジェームズ・ランキンと彼の同僚によって発見されました。 ニューロンとは異なり、頭部方向の場所細胞の活動電位は、環境内の任意の場所で活性化することができます。 それにもかかわらず、頭部方向ニューロンは、動物の頭がセルの水平面内で好ましい方向に配向されている場合にのみ活性化されます。 各ニューロンの異なる好ましい方向、および一緒に、これらの細胞は、方向感覚の根底にあります。 このような視床の核として皮質と皮質下構造の両方、および乳頭体に、嗅内皮質、情報はに直接投影されるそのうちのいくつか - 細胞は、脳の領域の広い範囲で、ヘッドの向きによって同定しました海馬。

場所として、ニューロン、ニューロン方向ヘッドは、環境シグナルに依存しています。 神経細胞のリマッピングの場所につながる条件は頭の回転に伴う神経方向に導きます。 それにもかかわらず、すべての環境で活動しているニューロンのヘッドスペースは異なる方向は、ニューロン。 それらが回転するように、それらは、単一の集団として、それが接続されている行います。 一つのセルが60°で優先方向を有し、他の場合、例えば、 - 120℃で、別の媒体への場合、動物が移動し、2つのニューロンは、60°の同じ比率の角度を維持するように一緒に活性のそれらの好ましい方向を変えます。

1980年代と1990年代に、根本的な空間認知の神経表現を理解することに専念神経科学の領域は、非常に生産されていますが、最寄りの大きな開口部に二十年を待たなければなりませんでした。

ラティスニューロン

2005年には、海馬の積極的な研究が原因月 - ブリットとエドワード・モーザーは、それが見えたように、空間情報の処理に関与していたニューロン、別のタイプのを発見したという事実に再発売されました。 ニューロン場所として細胞のこのタイプは、特定の場所にいる時に活性化されます。 代わりに、特定の環境で一度だけ起動することが、それらは全体の領域を定期的に三角形のパターンの上に活性化した「タイリング」。 そのため、それらの定期的かつ定期的な性質のモーザーは、これらのニューロン「バー」と呼ばれます。 彼らはより深い層で見つけることができますが、グリッドは、嗅内皮質（SEC）の真ん中の表層で最も多数の細胞です。 そのカバーを介して（隣接間の距離が活性化フィールド）、（いくつかの基準方向に対する格子軸）方向及び相（支持体の外部の点までの二次元格子のずれ）：ニューロン格子の3つの方法で説明することができます。 さらに、格子解剖学的ニューロンは相異なる値だけずれている同様の範囲と方向が、を持っているモジュールに編成します。 このようなニューロンの位相は、ヘッドのニューロン方向と同じように、彼らはすべての環境でアクティブになっている、動物がいる環境に応じて変化するかもしれませんが。

重要なことは、そのモジュール内の位相と格子の向き一貫性ニューロンの変化が、異なるモジュールで異なる場合があります。 格子ニューロンがちょうど開いたとき、それらは統合パスの神経基質であると考えられました。 また、彼らの発見は、特に場所を神経細胞、神経格子は他の細胞の空間的活動の形成に重要な役割を果たすことができると仮定し、多くの理論家の注目を集めています。 最近の研究では、空間内のニューロンの活動は、格子内のニューロンの活動の不在下で継続し、格子内のニューロンはまた、環境、すなわち、その幾何学的形状及び程度の影響を与えることが成長の証拠があるので、この仮説を疑うにつながっているがノベルティ。 しかし、科学者たちは、まだ彼らは必ずしも完全にそれを定義していないが、もちろん、場所のニューロンの活性に影響を及ぼし、最も可能性の高いトレリスニューロンは領土の統合のための基質であると考えていると。

ニューロンの境界線

既に上述したように、環境の幾何形状は、異なる空間的なニューロンの活動に強い影響力を有しています。 実際には、それらの活性の初期モデルは、媒体の最も近い境界までの距離をエンコードし、ニューロンの場所への入力を提供する境界ニューロンの存在を仮定しました。 このモデルでは、これらの細胞は、フィールドの境界に沿って伸長されるべきであり、特定の環境は、ヘッドの単純な方向によって制御されなければならないと仮定しました。 このような細胞は、本当にラットでSubicleおよびCEAに独立して、約十年前の研究グループとモーザー・オキーフを発見されました。 予想されるように、これらの細胞は、壁や鋭いエッジのような媒体の境界付近より活性であり、頭部の面積を十分に制御しました。

例えば、ニューロンの境界線は南動物のある国境、完全にカスタマイズ可能です。 最初のエッジに含まれる並列の第2境界は、ニューロンは、新たなフロンティアの北の端に沿って活性化の新たな分野を開発している場合。 ニューロンの境界線空間内の神経活動の効果は直ちに調査する必要があります。 それが知られているが、セルの境界は、海馬に投射されます。 したがって、それらの活性型活性領域セルと仮定することができます。 合計は、げっ歯類および哺乳動物における脳内の空間情報の処理に特化された細胞のいくつかのタイプが、見出されていることがわかります。 これらの細胞は、自分の道を見つけるために動物の能力のサポートでうまくやって。 しかし、それは人間に関連しますか？

人間の空間認知

よく海馬を維持短期記憶を再生する少なくとも記憶の形成に大きな役割を果たしているか、その検討。 これにもかかわらず、科学者たちはまだげっ歯類の海馬に似たヒト海馬、空間的な行動の形成への参加を受け入れるかどうか質問があります。 脳イメージング研究における現代の技術の進歩のおかげで（例えば、機能的MRI）神経科学者は、思考プロセスにおける人間の脳の異なる領域の関与を調べることができました。 動物を用いた実験に由来する、上記の知見によれば、これらの研究は、方法を見つけるの柔軟な戦略を必要とする特にそれらの空間内の様々な活動の調節における海馬の関与を確認しました。 また、医療用移植頭蓋内電極を有する患者は、人間の思考の基礎である個々のニューロンの活動を、探検するユニークな機会を提供しました。 これらの研究の特定の数は、内側側頭葉細胞においてげっ歯類の格子セルに同じ場所、および反応で発見された空間的な実験に基づきました。

また、動物を用いた実験によって行われた発見は、海馬への損傷を有する患者を調査する研究者に影響を与えました。 これらの研究は、損傷を受けた海馬の問題を持つ患者は、通常、意図された標的への道を見つけることで、特に、空間的な行動で観察することが示されています。 最後に、記憶喪失に関連付けられている一般的な疾患は、例えばアルツハイマー病のために、また、空間認知の悪化によるものです。 これらの知見から、空間認知のげっ歯類をサポートし、神経接続がヒトで見つけることができることを間接的に示唆しています。

脳研究のナビゲーションシステムのほとんどは、げっ歯類を用いた実験に基づいているが、一般的に、我々は動物の助けを借りて作られた発見は、ヒトに転送することができると信じて、したがって、神経生物学の深い理解を提供するための理由があります人間の空間認知をサポートプロセス。 また、ニーモニック過程における海馬の役割について知ることは、この現象の研究者は、健康な人間の思考の背後にあるメカニズムに光を当てることができないだけでなく、記憶障害で弱体化のプロセスを発見します。