당신은 출근길에 오후에 할 강의가 생각납니다. 동료가 물어볼 질문에 대비하여 사무실에 차를 세우면서 자신에게 연설을 연습합니다. 나중에 이메일 받은 편지함을 추려내면서 끝없이 스크롤하면서 점심 식사 옵션을 숙고합니다.

이것들은 우리가 현실 세계에서 취하는 모든 행동이 어떻게 우리가 상상만 했던 숨겨진 대체 행동을 수반하는지에 대한 몇 가지 예일 뿐입니다. 우리의 적극적인 의사 결정 방법과 이유를 이해하기 위해 상당한 연구 노력이 투자되었지만 새로운 증거는 우리가 대체 현실에서 보내는 시간도 중요한 신경학적 목적에 기여한다는 것을 알려줍니다.

뇌의 많은 부분이 함께 작동하여 정신 지도를 구축하지만 공간 탐색의 주요 플레이어는 다음과 같습니다. 해마, 뇌에 있는 기억의 자리와 뇌에 인접한 내후각 피질 해마 생성된 정보를 상위 처리 영역으로 전달합니다.

1948년 초에 설치류는 미로 학습 작업에서 보상을 위한 지도를 생성하기 위해 다양한 환경 단서에 의존한다고 제안되었습니다. 그러나 이 지도의 특성과 그것을 생성한 세포는 미스터리로 남아 있었습니다. XNUMX년 후, 연구원들은 쥐의 특정 해마 세포가 특정 장소에 들어갈 때 더 자주 발화한다는 것을 관찰했습니다. 놀랍게도, 이러한 세포 네트워크의 발사 패턴은 초기 활성화 시 존재했던 단서가 없더라도 시간이 지남에 따라 안정적입니다. 설명적으로 명명된 이러한 "장소 세포"의 발견은 경로 찾기의 신경생물학적 기반에 대한 보다 정확한 심문을 위한 길을 열었습니다.

장소 세포가 발견되었을 때 제안된 기능은 주어진 공간의 일대일 지형도를 만드는 것이었습니다. 물리적 세계에서 뇌로 가는 도중에 대부분의 감각 표상은 지형 조직. 당신의 차를 타고 미지의 부품으로 출발한다고 상상해 보십시오. 위성 내비게이션, GPS 또는 종이 지도를 사용하여 목적지를 안내받을 수 있습니다. 지도의 각 지점이 여정의 특정 랜드마크에 해당하는 것처럼 장소 셀은 공간에서 방향을 지정하기 위해 환경의 특정 랜드마크에 고정됩니다.

우리의 내부 공간 지형은 해마 세포가 해당 공간 내에서 동물이 행동하는 방식의 맥락에서 특정 자극, 단서 또는 보상의 표현을 인코딩하여 보다 정교합니다. 예를 들어, 낯선 나라의 공항에 도착한다고 상상해 보십시오. 공항의 개념에 대한 일반적인 지식과 이 새로운 공간에 여러분을 고정시키는 친숙한 시각적 랜드마크가 있을 수 있습니다. 이 정보 중 일부는 다른 공항에 대한 귀하의 고유한 기억을 바탕으로 한 전기적 정보입니다.

이러한 경험이 긍정적이었는지 부정적이었는지에 따라 이러한 공간의 정서적 의미도 개인 지도에 기여할 것이며 이러한 모든 요소가 결합되어 단순한 랜드마크의 조립보다 훨씬 풍부한 공간 경험을 생성합니다.

"장소 세포는 환경의 특정 랜드마크에 고정되어 공간에서 방향을 잡습니다."

영장류에 대한 보다 최근의 연구에 따르면 해마 세포는 설치류의 뇌에서보다 영장류의 뇌에서 약간 다르게 작동하여 엄격하게 위치에 국한되지 않는 일련의 다양한 자극에 반응하여 발화합니다. 생쥐, 영장류, 인간에 대한 지속적인 연구는 해마가 단독 행위자가 아니라는 사실도 확립했습니다. 감각 정보를 해마로 전달하고 신피질로 가는 다리 역할을 하는 내후각 피질로 들어가면 더 정교한 인지 및 운동 명령이 많이 내려집니다.

연구자들은 최근에 "격자 세포"라고 불리는 내후각 피질 내의 세포 네트워크, 더 넓은 탐색 전략과 관련하여 위치 세포 퍼즐에 중요한 조각을 추가하여 환경에 대한 자신의 움직임을 인코딩합니다. 그리드 네트워크는 공간 자체의 감각 입력이 아닌 내부 모션 큐를 기반으로 공간에 있는 개체 간의 방향과 거리를 보다 정확하게 표시할 수 있습니다. 이러한 시스템은 함께 작동하여 경험에 의해 수정될 수 있는 방식으로 공간을 동적으로 표현하고 새로운 정보를 유연하게 통합할 뿐만 아니라 이러한 공간이 시간이 지남에 따라 익숙해질 수 있도록 합니다.

그러나 마음속에 공간을 표현한 후에는 공간과 어떻게 상호작용할지 결정해야 할까요? 이를 위해서는 적극적인 의사 결정이 필요하며 의사 결정의 연료는 보상입니다. 여기에서 내비게이션 시스템을 구성하는 뉴런의 비공간적 속성이 특히 중요해집니다. 연구자들은 설치류 연구를 통해 인식된 보상 가치 또는 환경에서 특정 물체의 중요성이 세포의 발화 패턴을 해당 방향으로 더 많이 이동할 수 있음을 발견했습니다. 따라서 미로에서 주어진 회전 또는 위치와 관련된 더 높은 예측 보상 값은 해당 방향으로의 움직임 예측. 그렇다면 선택하지 않은 길은?

최근 한 팀의 UCSF 연구원 공간 탐색 작업을 완료한 쥐의 해마 위치 세포 발화를 측정했습니다. 쥐를 미로에 넣고 선택 지점에서 갈라지는 경로를 선택할 때 쥐의 신경 활동을 실시간으로 이미지화했습니다. 이런 식으로 연구자들은 쥐가 선택을 하고 미로를 따라 이동한 후 미로의 각 팔에 해당하는 고유한 장소 세포 발화 패턴을 할당할 수 있었습니다.

놀랍게도, 쥐가 선택 지점에 접근했을 때 미로의 양쪽 팔을 나타내는 각 장소 세포 세트가 번갈아 빠르게 발사되어 선택이 이루어지기 전에 가능한 미래 중 하나에 주사위를 굴렸습니다. 이것이 의미하는 바는 동물이 궁극적으로 실시간으로 이동하는 경로뿐만 아니라 가능한 대체 경로가 신경 공간에서 동등하게 표현되어 미래의 정신적 표상에 대한 기계론적 설명을 제공한다는 것입니다.

"가능한 대체 경로는 신경 공간에서 동등하게 표현되어 미래의 정신적 표현에 대한 기계론적 설명을 제공합니다."

설치류에서 내비게이션 연구는 실제 환경의 복잡성을 포착할 수 없는 단순한 탁상 조립품에서 이루어집니다. 가상 현실 개인 엔터테인먼트로 점점 더 인기를 얻고 있지만 연구자에게 공간 탐색 연구에서 전례 없는 수준의 다양성과 제어 기능을 제공하기도 합니다. 영국의 한 그룹은 Sea Hero Quest라는 모바일 게임을 사용하여 기록상 연령대 전체에 걸쳐 공간 추론에 대한 가장 큰 데이터 세트 중 하나를 캡처했습니다.

게임 플레이 데이터 19세부터 공간 추론이 감소하기 시작할 수 있으며 플레이어의 경로 선택은 알츠하이머병의 임상 진단 마커로 오랫동안 사용된 APOE 유전자의 e4 변종을 가지고 있는지 여부에 따라 달라집니다. 간단한 모바일 게임을 임상 데이터 수집 도구로 바꾸는 이와 같은 새로운 전략은 신경퇴행성 질환이 어떻게 진행되는지에 대한 이해를 크게 확장하고 고도로 개인화된 조기 진단 개발을 가속화할 수 있습니다.

우리가 미래에 대해 생각하는 방식에 대한 많은 이해는 과거를 더 이상 기억할 수 없는 환자를 연구하는 데서 비롯되었습니다. 신경과학의 초창기부터 병변 연구는 종종 뇌의 다른 부분의 기능에 대해 배우기 위해 우리가 사용할 수 있는 가장 유익한 도구였습니다. 기억을 되살리기 위해서는 해마가 필요하다.

해마 손상은 기억 상실증 및 공간 추론 장애와 관련이 있습니다. 그러나 여러 획기적인 연구에서 해마 손상이 가상의 사건을 상상하는 능력을 방해한다는 사실이 밝혀졌습니다. 일관되게 기억상실증 환자는 최근의 전기적 정보를 기억하는 데 어려움을 겪을 뿐만 아니라 프롬프트가 표시될 때 자신의 삶에서 다가오는 사건에 대한 일반적인 진술만 할 수 있습니다.

기억력 감퇴는 나이가 들어감에 따라 흔히 발생하지만 많은 연구에서 입증된 바와 같이 나이가 들수록 우주를 탐색하는 능력도 감소합니다.. 이러한 결함은 인지 장애의 다른 일반적인 척도보다 더 이른 나이에 나타나며, 이는 내비게이션 시스템의 일부 기능이 독특하고 해마의 다른 종류의 기억 및 정보 처리와 독립적으로 작동함을 시사합니다.

노화 뇌에서 가장 취약한 구조는 내후각 피질과 같은 움직임을 인코딩하는 구조입니다. 해마 장소 세포 발화는 또한 나이든 쥐에서 불규칙하게 됩니다. 의미심장하게도, 우주에서 우리의 방향을 결정하는 구조는 알츠하이머병 병리학에 가장 취약하며, 항법 장애를 이것과 파킨슨병과 같은 다른 신경퇴행성 질환에 대한 잠재적인 조기 진단 기준으로 지적합니다.

우리의 일상은 의식적이든 무의식적이든 결정으로 가득 차 있습니다. 그러나 점점 더 많은 증거가 드러나듯이, 우리의 두뇌는 우리가 선택하는 경로를 따라 이동할 수 있는 능력이 있습니다.

공간 내비게이션, 기억, 신경 퇴화 사이의 복잡한 관계에 대해 계속해서 배우면서 과거에 있었던 일을 숙고하는 데 보내는 시간이 적극적으로 계획하는 시간만큼 중요하다는 것을 알게 될 것입니다. 그리고 인지 기능 저하가 나이가 들면서 나타나는 정상적인 부분으로 받아들여지지만 이러한 기능을 퍼즐, 단어 게임 또는 읽기와 같은 간단한 정신 운동과 계속 연결하면 이러한 신경 경로를 보존하는 데 도움이 될 수 있습니다. 같은 방식으로 우리는 아직 가지 않은 경로를 따라 경로를 차트로 작성하여 내비게이션 시스템을 사용할 수 있습니다. 따라서 다음에 당면한 작업으로 마음을 되돌리기 위해 고군분투하는 자신을 발견하면 조금 더 방황하도록 실험하십시오.

이 문서는 원래의 등장 뉴런을 아는 것

참조 :

버크너, RL (2010). 예측과 상상에서 해마의 역할. 심리학 연례 검토 61, 27 - 48.

Coughlan, G., Coutrot, A., Khondoker, M., Minihane, A., Spiers, H., & Hornberger, M. (2019). 유전적 위험이 있는 알츠하이머병의 맞춤형 인지 진단을 향하여. PNAS 116(19), 9285-9292.

Diersch, N., & Wolbers, T. (2019). 성인 수명에 걸친 공간 탐색 연구를 위한 가상 현실의 잠재력. 실험 생물학 저널 222, jeb187252 doi: 10.1242/jeb.187252

Eichenbaum, H., Dudchenko, P., Wood, E., Shapiro, M., & Tanila, H. (1999). 해마, 기억 및 장소 세포. 신경신경계의 기능적 단위인 신경 세포..., 23(2), 209-226.

지오코모, LM(2015). 공간 표현: 조각난 공간의 지도. 현재 생물학, 25(9), R362-R363.

Kay, K., Chung, JE, Sosa, M., Schor, JS, Karlsson, MP, Larkin, MC, Liu, DF, & Frank, LM (2020). 해마에서 가능한 미래의 표현 사이의 일정한 XNUMX초 미만의 순환. 셀, 180(3), 552-567.

Lester, AW, Moffat, SD, Wiener, JM, Barnes, CA 및 Wolbers, T. (2017). 에이징 내비게이션 시스템. 신경 95(5), 1019-1035.

books_science