Como a rede neural ajuda a navegar no espaço?

O biólogo doutor Doping conta sobre lugares de células, optogenetics e sinais de cálcio no cérebro.

Acredita-se que a orientação do espaço disponível no animal devido à atividade de assim chamadas posições de célula no cérebro, que expõem a ativação elétrica específica no achado de um ponto específico no espaço dos animais. Em primeiro lugar, esta atividade existe em uma larga variedade espacial. Mas depois de um pouco tempo depois de um novo animal para entrar nos lugares de ambiente de célula que estão no hippocampus, uma pequena área do cérebro começa a demonstrar a atividade específica em certas áreas do espaço e não o mostra no outro.

Se o animal aparecer várias vezes no mesmo ambiente, há uma atividade de célula espacial que estabelece quando o animal deve diferenciar-se mais exatamente espaço. Especialmente se encontra em alguns lugares tem algo para fazer para um animal com comportamento agressivo, choque elétrico ou algum reforço positivo, tal como se o animal encontre a comida. Por exemplo, o animal prefere a esquina do norte da célula, onde um neurônio do hippocampus produzirá a atividade elétrica, e o outro é silencioso. E só quando o animal começa a encontrar por acaso, dizer, na esquina sudoeste da jaula, outro neurônio mostrará outra atividade. Há uma diferenciação espacial de células. Atividade "atada" à posição das células dos animais no espaço. Os neurônios mais maduros são, a diferenciação mais exata ocorre.

Há razão de acreditar que os processos semelhantes ocorrem no cérebro humano. Se considerarmos que o hippocampus executa uma função muito semelhante com as funções do hippocampus a outros mamíferos e uma das suas tarefas - orientação no espaço, então em seres humanos, este processo deve realizar-se de um modo semelhante.

Uma característica característica da circunvolução dentate do hippocampus continua na idade adulta neurogenesis - a geração de novos neurônios de células-tronco. Contudo, o papel destes adultos de neurônios comportamento permaneceu desconhecido até há pouco.

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A visualização de sinais de cálcio permite a cientistas controlar a atividade elétrica de neurônios. A aparência de cálcio em células associa-se estreitamente com a geração das suas ações ou estouros de potenciais. Há moléculas de proteína especiais, com a atadura de cálcio com a qual começam a incandescer. Este sinal pode ver-se com um microscópio, que não penetra nos eletrodos de tecido cerebral.

Optogenetics permite-lhe controlar a atividade de neurônios individuais, estimulando ou inibindo a sua atividade com a luz de um comprimento de onda específico. Esta aproximação estendeu o arsenal da gestão de atividade cerebral. É baseado na introdução de células sensíveis a luz nos canais de moléculas de membrana que quando iluminado podem passar em uma direção ou o outro, na célula ou fora de certos íons. O movimento dos íons determina a capacidade da célula de produzir uma descarga elétrica, ou, ao contrário, interromper-se. A proteína "de ativação" que ilumina leva à excitação neuronial e a iluminação "inibição", respectivamente, para a inibição. Assim, a luz pode ajustar a atividade optogenetics de neurônios individuais em áreas cerebrais restringidas, sem afetar estruturas adjacentes.

Registrando o sinal de cálcio, os autores foram capazes de estabelecer que os neurônios de adultos foram mais ativos, demonstrando uma maior incidência de respostas de cálcio do que os seus colegas maduros. Esta atividade "de afinação" das células também é dependente do grau da maturidade: diferentemente de neurônios maduros, as células de adultos não se configuraram exatamente conforme o espaço, que se exprimiu pela ativação das mesmas células no rato que está em lugares diferentes do labirinto virtual.

Então, comparamos a variação da atividade de cálcio no cérebro em ratos em partes de contato sequentes ("A-B") ou labirinto idêntico ("B-B"). Os contextos diferentes diferenciam-se no ambiente olfativo, audível, tátil e visual. Os neurônios maduros mostraram uma alta especificidade da posição de ativação do animal em um ponto dado do espaço e a sua reativação reproduzida quando colocado no mesmo ambiente («B-B»). Ao contrário os neurônios não mostraram a atividade que joga os adultos no quarto sucessivamente animal no mesmo labirinto.

A pergunta final foi sobre os neurônios de adultos de envolvimento no reconhecimento da nova situação. Os autores adestraram ratos, combinando o espaço em um novo ambiente com um choque elétrico. A aquisição de tal experiência leva a uma modificação do comportamento dos animais durante o segundo golpe na mesma situação. Usando optogenetic o construto para neurônios imaturos leves inactivation do hippocampus o dentate circunvolução no ensino, Danielson e os seus colegas encontrou que a atividade destas células é necessária para a aquisição da memória dos perigos da nova situação.

Finalmente, os inactivation do adulto de neurônios dentate a circunvolução de ratos na câmera "A", onde receberam um choque elétrico, não prejudicam a capacidade de distinguir-se semelhante, mas a câmera de segurança "B". Contudo, se o inactivation se executou no momento do achado de um rato na câmara "B", é difícil segurar a distinção entre arriscado e contextos.

Assim, os autores foram capazes de estabelecer alguns fatos importantes. Primeiramente, no novo adulto de situação os neurônios imaturos expõem um nível mais alto da excitabilidade do que os seus colegas maduros. Contudo, são menos específicos na representação espacial. Em segundo lugar, a necessidade de estabelecer novamente pareceu discriminar neurônios ambientes semelhantes em vivo. Os autores sugerem que, maturação, os neurônios adultos adquiram a capacidade de codificar mais exatamente o espaço e mais exatamente distinguir-se entre a situação semelhante.