U is op pad werk toe u gedagtes voortduur na die lesing wat u die middag gaan aanbied. U oefen u gesprekke met uself as u na die kantoor toe gaan en berei uself voor vir die vrae wat u kollegas kan vra. Later, terwyl u u e-posboks uittrek, hou u middagete-opsies in die lug terwyl u eindeloos blaai.
Dit is maar net 'n paar voorbeelde van hoe elke aksie wat ons in die regte wêreld doen, ook die verborge, alternatiewe optrede wat ons net voorgestel het, dra. 'N Aansienlike navorsingspoging is belê om die hoe en waarom van ons aktiewe besluitneming te verstaan, maar nuwe bewyse bevat dat die tyd wat ons in alternatiewe realiteite spandeer, ook 'n belangrike neurologiese doel dien.
Baie dele van die brein werk saam om ons breinkaarte te bou, maar die belangrikste rolspelers in ruimtelike navigasie is die hippokampus, die setel van geheue in die brein, en die entorhinale korteks, wat langs die hippokampus en gee die inligting wat daar gegenereer word, oor na hoër verwerkingsgebiede.
Reeds in 1948 is voorgestel dat knaagdiere op verskillende omgewings-leidrade staatmaak om kaarte te genereer vir doeleindes vir doolhofleer. Die aard van hierdie kaart en die selle wat dit opgewek het, het egter 'n raaisel gebly. Dertig jaar later het navorsers opgemerk dat spesifieke hippokampale selle by rotte meer gereeld vuur as hulle spesifieke plekke binnekom. Opmerklik is dat die skietpatrone van hierdie netwerke van selle mettertyd stabiel is, selfs in die afwesigheid van leidrade wat teenwoordig was by hul aanvanklike aktivering. Die ontdekking van hierdie beskrywende 'plek-selle' het die weg gebaan vir 'n meer noukeurige ondervraging van die neurobiologiese basis van padvinding.
Toe die plek selle ontdek is, was hul voorgestelde funksie om 'n een-tot-een topografiese kaart van 'n gegewe ruimte te skep. Op pad van die fisiese wêreld na die brein vertoon die meeste van ons sensoriese voorstellings die sogenaamde topografiese organisasie. Stel u voor dat u in u motor klim en uittrek na onbekende onderdele. U kan staatmaak op satellietnavigasie, GPS of 'n papierkaart om u na u bestemming te lei. Net soos elke punt op u kaart ooreenstem met 'n spesifieke landmerk op u reis, plaas ankerselle hulself by spesifieke landmerke in die omgewing om u in die ruimte te oriënteer.
Ons interne ruimtelike topografie is meer gesofistikeerd, met hippokampale selle wat die voorstellings van spesifieke stimuli, leidrade of belonings kodeer in die konteks van hoe die dier binne daardie ruimtes optree. Stel u byvoorbeeld voor dat u in 'n onbekende land op die lughawe aankom. U kan algemene kennis hê van die konsep van 'n lughawe saam met bekende visuele landmerke wat u in hierdie nuwe ruimte anker. Sommige van hierdie inligting is biografies, en gebruik u unieke herinneringe aan ander lughawens.
Afhangend van of hierdie ervarings positief of negatief was, sal die emosionele belang van hierdie ruimtes ook bydra tot u persoonlike kaart, en al hierdie faktore kombineer om die ervaring te skep van die ruimte wat veel ryker is as 'n eenvoudige versameling landmerke.
'Plaas selle in 'n spesifieke ligging in die omgewing om u in die ruimte te oriënteer.'
Meer onlangse studies met primate het aan die lig gebring dat hippokampale selle effens anders in primitiewe breine werk as in knaagdierbreine, wat reageer op 'n verskeidenheid verskillende stimuli wat nie streng aan die ligging gebonde is nie. Deurlopende werk by muise, primate en mense het ook vasgestel dat die hippocampus nie 'n eensame akteur is nie. Voer die entorhinale korteks in, wat sensoriese inligting aan die hippocampus oordra en dien as 'n brug na die neokortex, waar baie van ons meer gesofistikeerde kognitiewe en motoriese opdragte uitgereik word.
Navorsers het onlangs a beskryf netwerk van selle in die entorhinale korteks, genaamd "roosterselle", wat u eie beweging relatief tot u omgewing kodeer, en 'n kritieke stuk voeg tot die pleksel-legkaart as dit kom by breër navigasiestrategieë. Roosternetwerke kan meer presies die rigting en afstande tussen voorwerpe in 'n ruimte plot, gebaseer op interne bewegingswyses eerder as sensoriese invoer vanuit die ruimte self. Hierdie stelsels werk saam om ruimtes dinamies voor te stel op maniere wat deur ondervinding aangepas kan word, wat nuwe inligting buigsaam kan insluit, maar ook om hierdie ruimtes mettertyd bekend te maak.
Maar sodra ons 'n ruimte in gedagte het, hoe besluit ons hoe ons daarmee moet omgaan? Dit verg aktiewe besluitneming, en die brandstof vir besluitneming is beloning. Dit is waar die nie-ruimtelike eienskappe van die neurone wat ons navigasiestelsels uitmaak, veral belangrik word. Navorsers het oor knaagdierstudies bevind dat die waargenome beloningswaarde of belangrikheid van sekere voorwerpe in 'n omgewing die skietpatrone van selle swaarder in hul rigting kan skuif. 'N Hoër voorspelde beloningswaarde wat verband hou met 'n gegewe draai of plek in 'n doolhof sou dus wees voorspel beweging in daardie rigting. Wat van die paaie wat nie gekies is nie?
Onlangs het 'n span van navorsers aan UCSF meet hippokampale plek-selvuur by rotte gemeet terwyl hulle ruimtelike navigasietake voltooi het. Die rotte is in 'n doolhof geplaas en hul neurale aktiwiteit is intyds afgeneem, aangesien hulle tussen paaie gekies het wat op 'n gekose punt afwyk. Op hierdie manier kon die navorsers unieke patrone van plek-afvuur aanwys wat ooreenstem met elke arm van die doolhof nadat die rot 'n keuse gemaak het en daarmee voortgegaan het.
Opvallend dat, toe die rotte die keusepunt nader, het elkeen van die stelle plek-selle wat een van die arms van die doolhof verteenwoordig, vinnig afgewissel, en die dobbelsteen op enige moontlike toekoms gerol voordat die keuse gemaak is. Wat dit beteken is dat nie net die pad wat die dier uiteindelik in real-time gaan nie, maar ook die moontlike alternatiewe pad, ewe veel in die neurale ruimte voorgestel word, wat 'n meganistiese verklaring bied vir geestelike voorstellings van die toekoms.
"Die moontlike alternatiewe weg word ewe in neurale ruimte voorgestel, wat 'n meganistiese verklaring bied vir geestelike voorstellings van die toekoms."
By knaagdiere vind navigasiestudies plaas in eenvoudige tafelbladsye wat nie die ingewikkeldheid van 'n werklike omgewing kan vasvang nie. Virtuele realiteit het al hoe gewilder geword as persoonlike vermaak, maar dit bied ook navorsers ongekende vlakke van verskeidenheid en beheer in ruimtelike navigasie-navorsing. 'N Groep in die Verenigde Koninkryk het 'n mobiele spel genaamd Sea Hero Quest gebruik om een ​​van die grootste datastelle oor ruimtelike redenasies oor ouderdomsgroepe op rekord vas te lê.
Speletjie-data dui aan dat ruimtelike redenering kan begin afneem as ons so jonk as 19 is, en dat die spelers se roetekeuse verskil het, afhangende van of hulle die e4-variant van die APOE-geen gedra het wat al lank gebruik is as 'n kliniese diagnostiese merker vir Alzheimersiekte. Nuwe strategieë soos hierdie wat eenvoudige mobiele speletjies omskep in kliniese data-insamelinstrumente, kan ons begrip van presies hoe neurodegeneratiewe siektes vorder, uitbrei en die ontwikkeling van 'n baie persoonlike vroeë diagnose bespoedig.
Baie van ons begrip van hoe ons oor die toekoms dink, spruit uit die bestudering van pasiënte wat nie meer die verlede kan onthou nie. Sedert die vroeë dae van neurowetenskap, toe letselstudies dikwels die mees leersame instrumente tot ons beskikking was om te leer oor die werking van verskillende dele van die brein, het ons verstaan ​​dat die hippocampus is nodig vir herinnering.
Hippokampale skade word geassosieer met geheueverlies, sowel as verswakte ruimtelike redenering. Verskeie landmerkstudies het egter getoon dat hippokampale letsels ook die vermoë beïnvloed om hipotetiese gebeure voor te stel. Konsekwente sukkel amnestie-pasiënte nie net om onlangse biografiese inligting te onthou nie, maar as hulle gevra word, kan hulle slegs algemene verklarings oor die gebeure in hul lewens aanbied.
Geheueverlies kom gereeld voor soos ons ouer word, maar soos baie studies bewys, ons vermoë om in die ruimte te navigeer neem ook af namate ons ouer word. Hierdie tekorte kom op vroeër ouderdomme voor as ander algemene maatstawwe vir kognitiewe inkorting, wat daarop dui dat sommige van die funksies van die navigasiestelsel uniek is en werk onafhanklik van ander soorte geheue en inligtingverwerking in die hippocampus.
Die mees kwesbare strukture in die verouderde brein is dié wat beweging kodeer, soos die entorhinale korteks. Hippokampale plek se afvuur word ook wisselvallig by ouer rotte. Dit is opmerklik dat die strukture wat verantwoordelik is vir die oriëntering van ons in die ruimte, ook die kwesbaarste is vir die patologie van Alzheimersiekte, wat daarop dui dat dit 'n vroeë diagnostiese maatstaf vir hierdie en ander neurodegeneratiewe toestande soos Parkinson-siekte is.
Ons daaglikse lewe is gevul met besluite, bewustelik en onbewustelik. Maar soos 'n groeiende hoeveelheid bewyse aan die lig bring, is ons breine in staat om net soveel te stap op die paadjies wat ons kies as dié wat ons voorstaan.
Terwyl ons aanhou leer oor die ingewikkelde verhoudings tussen ruimtelike navigasie, geheue en neurodegenerasie, kan ons vind dat die tyd wat ons spandeer om te oorweeg net so belangrik is as die tyd wat ons aktief beplan. Terwyl die afneem van kognitiewe funksie aanvaar word as 'n normale deel van ouer word, kan hierdie funksies met eenvoudige geestelike oefeninge soos legkaarte, woordspeletjies of lees gehandhaaf word, maar dit kan help om hierdie neurale weë te bewaar. Op dieselfde manier kan ons ons navigasiestelsels oefen deur kursusse te karteer op die paaie wat ons nog nie moet volg nie. Die volgende keer dat u sukkel om u gedagtes terug te bring na die taak wat u beskikbaar het, moet u eksperimenteer om dit net 'n entjie verder te laat dwaal.
Buckner, RL (2010). Die rol van die Hippocampus in voorspelling en verbeelding. Jaarlikse oorsig van sielkunde 61, 27-48.
Coughlan, G., Coutrot, A., Khondoker, M., Minihane, A., Spiers, H., & Hornberger, M. (2019). Met die oog op verpersoonlikte kognitiewe diagnose van Alzheimer-siektes wat op genetiese risiko bestaan. PNAS 116(19), 9285-9292.
Diersch, N., & Wolbers, T. (2019). Die potensiaal van virtuele werklikheid vir ruimtelike navigasie-navorsing oor die leeftyd van volwassenes. Journal of Experimental Biology 222, jeb187252 doi: 10.1242 / jeb.187252
Eichenbaum, H., Dudchenko, P., Wood, E., Shapiro, M., & Tanila, H. (1999). Die Hippocampus-, geheue- en plek-selle. NeuronDie funksionele eenheid van die senuweestelsel, 'n senuweesel wat ..., 23(2), 209-226.
Giocomo, LM (2015). Ruimtelike voorstelling: kaarte van gefragmenteerde ruimte. Huidige biologie, 25(9), R362-R363.
Kay, K., Chung, JE, Sosa, M., Schor, JS, Karlsson, MP, Larkin, MC, Liu, DF, & Frank, LM (2020). Voortdurende tweede sekonde fietsry tussen verteenwoordigers van moontlike futures in die Hippocampus. Sel, 180(3), 552-567.
Lester, AW, Moffat, SD, Wiener, JM, Barnes, CA, & Wolbers, T. (2017). Die ouderdomsnavigasiestelsel. Neuron 95(5), 1019-1035.