Shkencëtarët zbulojnë një kornizë në tru për organizimin e rendit të gjërave

Shkencëtarët në Institutin Kavli të NTNU për Neuroshkencën e Sistemeve në Norvegji kanë zbuluar një model aktiviteti në tru që shërben si një model për ndërtimin e përvojave të njëpasnjëshme.

“Unë besoj se kemi gjetur një nga prototipet e trurit për ndërtimin e sekuencave,” thotë profesor Edvard Moser. Ai e përshkruan modelin e aktivitetit si “një algoritëm themelor që është i brendshëm për trurin dhe i pavarur nga përvoja”.

Zbulimi zbulues u botua në Nature .

Aftësia për të organizuar elementë në sekuenca është një funksion themelor biologjik thelbësor për mbijetesën tonë. Pa të, ne nuk do të ishim në gjendje të komunikonim, të mbanim gjurmët e kohës, të gjenim rrugën tonë, apo as të kujtonim se çfarë jemi në proces të bëjmë. Bota do të pushonte së paraqituri tek ne në përvoja kuptimplote, pasi çdo ngjarje do të copëzohej në një seri të çrregullt ngjarjesh të rastësishme.

Zbulimi i studiuesve të NTNU të një modeli të ngurtë të sekuencës në tru ofron njohuri të reja se si i organizojmë përvojat në një rend të përkohshëm.

A keni dëgjuar ndonjëherë kujtime të përshkruara si fotografi të çastit? Ky nuk është një përshkrim shumë besnik, sipas profesor Edvard Moser. “Është më e dobishme të mendosh kujtimet si video,” thotë ai.

“Të gjitha përvojat tuaja në botë shtrihen me kalimin e kohës”, thotë profesoresha May-Britt Moser. “Ndodh një gjë, pastaj një gjë tjetër, pastaj një e treta.”

Truri juaj ka aftësinë e jashtëzakonshme për të kapur dhe organizuar mendërisht ngjarjet e zgjedhura sipas rendit kronologjik në të cilin kanë ndodhur, dhe për t’i lidhur ato së bashku si përvoja kuptimplote. Ky aktivitet i krijimit të sekuencës zhvillohet në shkallën kohore në të cilën ndërveproni në situatë. Kur e kujtoni këtë kujtim, procesi i rijetimit të sekuencës së ngjarjeve në mendjen tuaj kërkon gjithashtu kohë.

“Si është në gjendje truri të gjenerojë dhe ruajë të gjitha këto sekuenca unike dhe të gjata të informacionit në fluturim?” pyet Edvard Moser.

“Duhet të ekzistojë një mekanizëm themelor për formimin e sekuencës atje.”

“Ka një mospërputhje në neuroshkencë midis shkallëve kohore në të cilat zakonisht studiohet aktiviteti i trurit , në regjimin e milisekondës, dhe shkallëve kohore në të cilat ndodhin shumë nga funksionet tona më të rëndësishme të trurit, në intervalin prej dhjetëra sekondash deri në disa minuta,” thotë Soledad. Gonzalo Cogno, Drejtues i Grupit Kërkimor Kavli dhe autori i parë i punimit, duke zgjeruar motivimin pas këtij studimi.

Ekipi u përpoq të identifikonte këtë mekanizëm themelor për formimin e sekuencave, i cili ndodh në periudha kohore shumë të ngadalta siç ndodhin shumica e funksioneve të trurit tonë.

Për të zbuluar se si koordinohen neuronet në periudhat e ngadalta kohore në të cilat shpalosen shumë nga funksionet e trurit tonë, studiuesit e Kavli u fokusuan në korteksin medial entorhinal (MEC), një zonë e trurit që mbështet funksionet e trurit që varen nga formimi i sekuencës, të tilla si lundrimi dhe kujtesa episodike. , të cilat shpalosen shumë ngadalë në kohë.

Vëllimi i madh i informacionit rreth botës së jashtme që përpunohej në tru në çdo kohë përbënte një sfidë për ndjekjen. Çdo sinjal bazë nga algoritmet nervore të strukturuar dhe të përsëritur do të rrezikonte të mbytet në “zhurmën” e përvojës hyrëse.

Për të shmangur këtë, studiuesit krijuan një mjedis eksperimental që ishte pothuajse i lirë nga inputet shqisore. Ata e lanë një mi të vrapojë në errësirë ​​të plotë, pa asnjë detyrë për të përfunduar dhe pa shpërblim për të fituar. Miu mund të vraponte ose të pushonte sipas dëshirës për aq kohë sa zgjati seanca.

Në të njëjtën kohë, studiuesit regjistruan atë që po ndodhte në korteksin entorhinal të trurit të miut, ndërsa orkestra e tij e qelizave nervore mbeti në këtë pozicion gatishmërie të folur të butë.

“Kjo është ajo që gjetëm,” thotë Soledad Gonzalo Cogno, duke treguar një figurë me vija zebër përpara saj.

Modeli përbëhet nga mijëra pika të grumbulluara së bashku. Çdo pikë është një sinjal nervor. Ne mund të shohim se aktiviteti nervor lëviz nëpër të gjitha qelizat nga poshtë lart përgjatë boshtit Y ndërsa koha përparon përgjatë boshtit X. Grumbullimi na tregon se aktiviteti është i koordinuar si valë që kalojnë nëpër rrjet, si ritmet në një simfoni.

Sekuencat janë jashtëzakonisht të ngadalta, që do të thotë se duhen dy minuta që vala të udhëtojë përmes rrjetit nervor , përpara se i gjithë procesi të përsëritet përsëri, ndonjëherë për aq kohë sa kohëzgjatja e seancës së testimit, për periudha deri në një orë.

Figura tregon disa qindra neurone të korteksit entorhinal të miut që lëkunden në frekuenca ultra të ngadalta, duke përfshirë dritaret kohore që variojnë nga dhjetëra sekonda deri në disa minuta. Dinamika që i ngacmoi studiuesit, edhe më shumë, është se ndërsa çdo qelizë lëkundet, qelizat gjithashtu organizohen në sekuenca, me qelizën A që shkrep përpara qelizës B, qelizën B që shkrep përpara qelizës C, e kështu me radhë, derisa të kenë përfunduar një të plotë. lak dhe kthehu në qelizën A, ku cikli përsëritet.

Ky aktivitet shumë i strukturuar përputhet me shkallën kohore të ngjarjeve që ne kodojmë në kujtimet tona dhe ofron shabllonin e përsosur për ndërtimin e strukturës vijuese që formon bazën e kujtimeve episodike.

Këto valë të aktivitetit të koordinuar nuk udhëtuan drejt nga një skaj i indit të trurit në tjetrin. Në vend të kësaj, valët udhëtojnë përgjatë lidhjeve të holla sinaptike midis qelizave që flasin me njëra-tjetrën në rrjet. Qelizat mund të flasin me qeliza të tjera larg dhe me fqinjët e tyre më të afërt. Ngatërresa anatomike e bën të vështirë shikimin e aktivitetit të koordinuar me sy të lirë pa gjetur më parë qelizat nga grafiku raster.

Grafiku raster me vija zebër tregon valët e ngadalta të aktivitetit në të gjithë rrjetin gjatë një periudhe kohore. “Nëse palosni skemën e rasterit në një tub në mënyrë që pjesa e sipërme dhe e poshtme e figurës të mbivendosen, do të shihni se vijat diagonale lidhen për të formuar një spirale koherente,” shpjegon May-Britt Moser. “Spiralja përfaqëson aktivitetin e rrjetit me kalimin e kohës.”

Do të shihni një unazë nëse e rrotulloni spiralen me 90 gradë. Të gjitha qelizat në rrjet kanë kohën e tyre të caktuar për të ndezur, të shpërndara në të gjithë sipërfaqen e kësaj unaze. Sinjali udhëton nëpër të gjithë strukturën e unazës përpara se të kthehet në të njëjtën qelizë.

“Kjo unazë është një nënshkrim për modelet e koordinimit në formën e sekuencave të përsëritura, që është ajo që kemi gjetur në MEC,” thotë Soledad Gonzalo Cogno. Zonat e tjera të trurit kanë modele të ndryshme koordinimi.

Truri juaj mund të jetë i pajisur tashmë me këtë unazë përpara se të përjetoni ndonjë gjë në këtë botë. Ajo fitohet përmes evolucionit dhe mund të specifikohet në gjenet tona.

“Ajo që më emocionon më shumë për këtë zbulim është perspektiva që këto sekuenca mund të hapen për mënyra të reja për të kuptuar trurin,” thotë Gonzalo Cogno. “Zbulimet që pasojnë mund të sfidojnë mënyrën se si ne mendojmë për koordinimin në të gjithë trurin . Qelizat që janë kaq të ndryshme ende duket se janë të koordinuara dhe punojnë së bashku në shkallë të ndryshme kohore.”