Neuronowy prędkościomierz naszego mózgu 29.07.2015

Naukowcy z Norweskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii, May-Britt i Edvard Moser (May-Britt, Edvard Moser) odkryli neurony prędkości w mózgu szczura – ich aktywność zmieniała się w zależności od szybkości poruszania się szczura.

W 2005 roku naukowcy odkryli grupę komórek nerwowych w korze śródwęchowej, które szybko stały się znane jako mózgowe systemy GPS. Komórki te z kolei odpalają się, gdy jednostka porusza się w przestrzeni – można powiedzieć, że neurony wyznaczają obszary terytorium. Ich osobliwością jest to, że takie neurony włączają się według specjalnego schematu, rozbijając przestrzeń na sześciokątne fragmenty, dzięki czemu wygląda jak ogromna siatka. Stąd ich nazwa - neurony siatkowe, czyli neurony sieciowe. Sama kora śródwęchowa odgrywa dużą rolę w kształtowaniu pamięci przestrzennej i pamięci deklaratywnej (o zdarzeniach i obiektach, które widzieliśmy na własne oczy).

Ale, jak łatwo zrozumieć, praca komórek orientacji przestrzennej zależy od szybkości, z jaką jednostka porusza się po krajobrazie. Oczywiście działanie systemu neuronowego GPS musi być korygowane przez jakieś czujniki prędkości. Z drugiej strony, mapowanie terenu zależy również od otaczającego kontekstu, kierunku ruchu, obecności lub braku granic. Dlatego znalezienie neuronów wykrywających prędkość było bardzo trudnym zadaniem: ich aktywność w mózgu zwierząt doświadczalnych musiała być oddzielona od aktywności innych, które reagowały na zmianę kierunku, kontekstu itp. Ponadto swobodnie poruszające się zwierzę często zatrzymuje się, a w czasie zatrzymania, zdaniem autorów pracy, mózg – przynajmniej ta jego część, która odpowiada za orientację w przestrzeni – na ogół przełącza się na inny tryb działania.

Neuronaukowcy użyli genialnego urządzenia podobnego do samochodu bez dna: znajdujący się w nim szczur mógł poruszać się tylko w jednym kierunku iz taką samą prędkością, z jaką poruszało się samo urządzenie. „Samochód” został zaprogramowany tak, aby zmieniać prędkość, ale nigdy nie zatrzymywał się podczas tych 4 metrów, które „przeszedł” razem ze szczurem. W efekcie udało się znaleźć komórki, których aktywność wyraźnie zmieniała się wraz z przyspieszeniem lub spowolnieniem ruchu i działały nawet wtedy, gdy zwierzę poruszało się w ciemności. Pod tym względem są one podobne do neuronów przestrzennej siatki, które działają niezależnie od środowiska, wyznaczając otaczającą przestrzeń niezależnie od tego, co jest wokół. (Inne komórki odkryte przez Johna O'Keefe, który dzielił Nagrodę Nobla z parą Moser, odpowiadają za specyficzne wypełnienie krajobrazu.) Neurony prędkości zlokalizowane są w tym samym miejscu co neurony siatkowe - w korze śródwęchowej, i najprawdopodobniej obie grupy komórek aktywnie komunikują się z przyjacielem. Wyniki badań są publikowane w Nature.

Nie ma jednak pewności, że nowe ogniwa będą jedynymi, które będą miały funkcję prędkościomierza. Według Michaela Hasselmo z Boston University, on i jego współpracownicy wkrótce będą mieli artykuł opisujący kilka typów neuronów mierzących prędkość, w tym te znajdujące się w korze śródwęchowej.

Z drugiej strony możemy przywołać bardzo niedawną pracę w Neuron - w której neurolodzy z Uniwersytetu w Bonn i Niemieckiego Centrum Chorób Neurodegeneracyjnych opisują obwód neuronowy, który łączy pamięć przestrzenną i prędkość ruchu. Zmieniając częstotliwość impulsów w tym obwodzie, można było wpłynąć na zachowanie myszy, sposób jej poruszania się. Szybki łańcuch komórek był połączony z hipokampem, głównym ośrodkiem pamięci; z drugiej strony kora śródwęchowa jest również zaliczana do „strefy wpływu” hipokampu.

Chociaż wszystkie opisane eksperymenty przeprowadzono na zwierzętach, na ludziach najprawdopodobniej wszystko jest dokładnie takie samo – w końcu ważne jest, abyśmy znali prędkość własnego ruchu. Być może istnieje kilka prędkościomierzy neuronowych, które wspólnie śledzą ruchy ciała i zgłaszają je do systemu GPS, który z kolei wraz z zapisanymi w pamięci mapami tworzy obraz tego, gdzie się znajdujemy.