Ιππόκαμπος: Το GPS του εγκεφάλου
της Μανθίας Παπαγεωργακοπούλου
Έχεις σκεφτεί ποτέ πώς μπορείς και βρίσκεις τον δρόμο για το σπίτι σου μετά το σχολείο ή μετά την δουλειά; Πώς ο εγκέφαλος σου σε οδηγεί σε σωστά σημεία χωρίς να χρειάζεσαι τη βοήθεια ενός GPS; Και πώς μπορείς να δημιουργείς χωροχρονικές σκηνές μέσα στο μυαλό σου ,που είτε τις ανασύρεις από την μνήμη σου είτε τις φαντάζεσαι, προκειμένου να επιλέξεις το καταλληλότερο μονοπάτι για τον προορισμό σου;
Cognitive map, ένας χωρικός χάρτης εντός του εγκεφάλου
Η πλοήγηση στο χώρο είναι μια θεμελιώδης διεργασία όλων των ζωικών οργανισμών, απαραίτητη για την επιβίωση τους. Παρέχει την δυνατότητα εύρεσης τροφής , αποφυγή κινδύνων και επιλογής του καταλληλότερου μονοπατιού προς τον εκάστοτε στόχο τους. Σύμφωνα με τη θεωρία του cognitive map, υπάρχει ένας χάρτης εσωτερικής αναπαράστασης του εξωτερικού χώρου μέσα στον εγκέφαλο του ζώου που του «υπαγορεύει» ποιον δρόμο να ακολουθήσει. Μια αντίστοιχη, αλλά πιο περίπλοκη, διεργασία πιστεύεται ότι συμβαίνει και στον ανθρώπινο εγκέφαλο.
Science Fact
Τα τρωκτικά χρησιμοποιούν την όσφρηση τους καθώς και την κίνηση της κεφαλής τους, ώστε να μπορέσουν να κατευθυνθούν σωστά.
Πως ξεκίνησαν όλα ;
Η υπόθεση της ύπαρξης ενός νοητικού – γνωσιακού χάρτη «cognitive map» προτάθηκε για πρώτη φορά από τον ψυχολόγο Tolman, το 1948. Ο Tolman θεώρησε πως υπάρχει ένας μηχανισμός εσωτερικής – νοητικής αναπαράστασης εξωτερικών στοιχείων του περιβάλλοντος του φυσικού χώρου, που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν μελλοντικά όταν υπάρξει η ανάγκη. Στήριξε τις υποθέσεις του μελετώντας την ικανότητα αρουραίων να πλοηγούνται σε έναν λαβύρινθο προς έναν στόχο με τον οποίο δεν είχαν άμεση οπτική επαφή.
Λίγα χρόνια αργότερα , το 1978 οι επιστήμονες O’ Keefe και Nadal ανακάλυψαν ότι το όργανο που ευθύνεται για την συμπεριφορά αυτή είναι ο ιππόκαμπος. Οι έρευνές τους, τους οδήγησαν στην ανακάλυψη των κυττάρων περιοχής (place cells) που βρίσκονται στον ιππόκαμπο των τρωκτικών. Ωστόσο, ακολούθησαν και άλλες ανακαλύψεις κυτταρικών πληθυσμών εντός αυτής της περιοχής.
Σήμερα γνωρίζουμε τρεις βασικές ομάδες κυττάρων με καθοριστικό ρόλο στην δημιουργία αυτού του νοητικού χάρτη. Τα κύτταρα περιοχής (place cells) , τα κύτταρα κατεύθυνσης κεφαλής (head direction cells ) , και τα κύτταρα πλέγματος (grid cells). Τόσο τα κύτταρα πλέγματος (grid cells), όσο και τα κύτταρα κατεύθυνσης κεφαλής (head direction cells) γνωρίζουμε πως βρίσκονται στον ενδορρινικό φλοιό, μια περιοχή του κροταφικού λοβού γειτονική του ιπποκάμπου, με τον οποίο και έχουν άμεση επικοινωνία.
Science Fact
Ο ιππόκαμπος δεν ονομαζόταν από πάντα έτσι ! Οι πρώτοι ανατόμοι που ανακάλυψαν αυτήν την δομή την ονόμασαν ‘’κέρας του Άμμωνα ’’ (cornu ammonis). Ο 'Αμμωνας ήταν Θεός της αρχαιότητας που παρουσιάζεται με κυρτά κέρατα σε διάφορες εικαστικές δημιουργίες της εποχής. Παρόλα αυτά ο όρος αυτός διατηρήθηκε ως ονομασία για κάποιες περιοχές – πεδία του ιππόκαμπου .
Ποιος ο ρόλος της κάθε κατηγορίας κυττάρου;
Η ενεργοποίηση των κύτταρων περιοχής (place cells), σηματοδοτεί και «ορίζει» την «τοποθεσία»’ του ζώου, κάτι σαν το κόκκινο σηματάκι που βλέπουμε στους χάρτες των GPS. Τα κύτταρα πλέγματος (grid cells), από την άλλη, μαζί με τα κύτταρα κατεύθυνσης κεφαλής (head direction cells) βρίσκονται σε άμεση «συνεργασία» με τον ιππόκαμπο. Πιο συγκεκριμένα, τα κύτταρα κατεύθυνσης κεφαλής, όπως προδίδει και το όνομά τους, κατά την ενεργοποίηση τους κωδικοποιούν την γωνιακή θέση του κεφαλιού, για παράδειγμα αν βρίσκεται 40ο δεξιά ή αριστερά από την ευθεία. Τα κύτταρα πλέγματος, από την άλλη, οργανώνονται σε ομάδες και, θα μπορούσαμε να πούμε, ότι «συνδέουν τα κομμάτια του παζλ» από τα δεδομένα που λαμβάνονται από το περιβάλλον, κατασκευάζοντας την συνολική αναπαράσταση του χώρου. Για παράδειγμα, η αναπαράσταση της διαδρομής που διανύει π.χ. ο αρουραίος στον λαβύρινθο ή ο καθένας από εμάς από την δουλειά στο σπίτι, αποτελούν το «τελικό έργο» αυτών των κυττάρων.
Science fact
Ερευνητές παρατήρησαν πως ενώνοντας τις περιοχές πυροδότησης των κυττάρων πλέγματος δημιουργείται ένα πλέγμα από τριγωνικούς σχηματισμους κάτι αντίστοιχο με τα τετράγωνα μιας πόλης στις καρτεσιανές συντεταγμένες. Η ανίχνευση αυτών έγινε με τη χρήση απεικονιστικών μεθόδων.
Cognitive map και Μνήμη
Εκτός από τον χάρτη αναπαράστασης του εξωτερικού φυσικού χώρου, πιστεύεται ότι ο ιππόκαμπος οργανώνει, με έναν ανάλογο τρόπο,τις αναμνήσεις και τις βιωματικές μνήμες. Μάλιστα, έχουν διατυπωθεί αρκετές θεωρίες σχετικά με τον ρόλο του νοητικού χάρτη στην επεισοδιακή μνήμη , η οποια αφορά την ανάκληση ενός χωροχρονικού γεγονότος. Ωστόσο, και η παράμετρος χρόνος είναι πολύ σημαντική, καθώς φαίνεται να επιτρέπει την διάκριση ίδιων περιστατικών σε διαφορετικους χρόνους. Έρευνες έχουν γνωστοποιήσει την ύπαρξη των κυττάρων χρόνου (time cells), τα οποία σε συνεργασία με τα κύτταρα περιοχής (place cells), διαμορφώνουν τον χάρτη της μνημονικής λειτουργίας, τόσο στο παρελθόν (ανάμνηση), όσο και στο μέλλον (φαντασία).
Κλείνοντας...
Η συμπεριφορά της πλοήγησης στο χώρο αποτελεί μια ιδιαίτερα πολύπλοκη διεργασία, στην οποία εμπλέκονται πολλές περιοχές του εγκεφάλου, με κυρίαρχη τον ιππόκαμπο. Το ταξίδι στον χώρο της έρευνας συνεχίζεται, και έχουμε πολλά ακόμα να μάθουμε για το “GPS” του εγκεφάλου..
Τι να θυμάσαι:
Ο ιππόκαμπος είναι η βασική εγκεφαλική περιοχή του cognitive map, που συμβάλλει στην πλοήγηση στο χώρο.
Στην χωρική μας τοποθέτηση και πλοήγηση φαίνεται να συμμετέχουν 3 βασικές κατηγορίες κυττάρων: τα κύτταρα περιοχής (place cells), τα κύτταρα πλέγματος (grid cells) και τα κύτταρα κατεύθυνσης κεφαλής ( head direction cells).
Ο εγκέφαλος φαίνεται να αναπαριστά το εξωτερικό περιβάλλον.
Ο νοητικός χάρτης φαίνεται να παίζει κάποιο ρόλο και στην επεισοδιακή μνήμη.
Για περισσότερες πληροφορίες:
Venkhatesh V P. The navigation system of the brain. Resonance 2015;20:401–15. https://doi.org/10.1007/s12045-015-0198-z.
https://repository.kallipos.gr/bitstream/11419/3259/3/Kef.%2020.pdf
Schiller D, Eichenbaum H, Buffalo EA, Davachi L, Foster DJ, Leutgeb S, et al. Memory and space: Towards an understanding of the cognitive map. J Neurosci 2015;35:13904–11. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2618-15.2015.
Epstein RA, Patai EZ, Julian JB, Spiers HJ. The cognitive map in humans: Spatial navigation and beyond. Nat Neurosci 2017;20:1504–13. https://doi.org/10.1038/nn.4656.
Εικόνες από: pixabay.com
Λίγα λόγια για την Μανθία Παπαγεωργακοπούλου
"Γεια σας! Ονομάζομαι Μανθία και είμαι φοιτήτρια Ιατρικής στο Πανεπιστήμιο Πατρών. Στην σχολή ήταν η πρώτη μου ουσιαστική γνωριμία με το νευρικό σύστημα, η πολυπλοκότητα του οποίου με συνεπήρε. Έκτοτε το πεδίο ενδιαφέροντος μου έχει επικεντρωθεί στις νευροεπιστήμες και η συνεχής ενημέρωση σχετικά με τις εξελίξεις στον τομέα αυτόν είναι πλέον στοιχείο της καθημερινότητας μου .
Παράλληλα ,συμμετέχω σε διάφορα projects και ομάδες εθελοντικά . Μια από αυτές τις ομάδες είναι τα BioLogia . Μέσα από την συγγραφή και την απλοποίηση σύνθετων εννοιών μου δίνεται η ευκαιρία να εξελίξω δεξιότητες και πτυχές του εαυτού μου.
Στον ελεύθερο χρόνο μου κάνω μαθήματα πιάνου σε ωδείο της Πάτρας και μαθαίνω ξένες γλώσσες.."