Ny model for oprindelsen af ​​gitterceller

Ludwig Maximilian Universitet i München neurobiologer præsenterer en ny teori om oprindelsen af ​​de gitterceller, der kræves til rumlig orientering i pattedyrhjernen, som tildeler en afgørende rolle timingen for tog af signaler, de modtager fra neuroner kaldet stedceller.

Nerveceller i hjernen kendt som stedceller og gitterceller, henholdsvis, spiller en afgørende rolle i rumlig navigation hos pattedyr. Individuelle stedceller i hippocampus reagerer kun på nogle få rumlige steder. Gittercellerne i det entorhinale kompleks, på den anden side, brand på flere positioner i miljøet, sådan, at bestemte sæt efterfølgende aktiveres, når et dyr krydser dets levested. Disse aktiveringsmønstre giver anledning til et virtuelt kort, består af et sekskantet arrangement af gitterceller, der afspejler de relative afstande mellem bestemte vartegn i den virkelige verden. Hjernen er derfor i stand til at konstruere et virtuelt kort, der koder for sin egen position i rummet.

Nobelprisen for medicin og fysiologi 2015 gik til opdagere af dette system, som er blevet omtalt som hjernens GPS. Imidlertid, udviklingsforholdet mellem stedceller og gitterceller, samt oprindelsesmekanismen for gitterceller og deres placering i hexagonale gittere forbliver uklare. Nu har LMU -neurobiologer professor Christian Leibold og hans kollega Mauro Miguel Monsalve Mercado foreslået en ny teoretisk model, som for første gang giver en plausibel model baseret på kendte biologiske processer. Modellen antyder, at udviklingen af ​​gitterceller og deres responsfelter afhænger af synaptisk input fra stedceller. De nye fund er beskrevet i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .

Forfatterne til det nye papir tildeler en central rolle i deres model korrelationer i timingen af ​​de neuronale responssekvenser genereret af forskellige stedceller. Medlemmerne af disse grupper bliver aktive, når dyret når bestemte steder i rummet, og de sender nerveimpulser i præcist koordinerede tidsmæssige sekvenser, som følger et bestemt rytmisk mønster, og derved indkode relative rumlige afstande. Leibold og Monsalve Mercado har brugt en klassisk neuronal indlæringsregel, kendt som Hebbs regel, at analysere de tidsmæssige sammenhænge mellem stedcellernes affyringsmønstre og gittercellernes organisering. Hebbs regel siger, at gentagen aktivering af to funktionelt koblede neuroner i hurtig rækkefølge gradvist øger effektiviteten af ​​synaptisk transmission mellem dem. Ved at anvende dette koncept af aktivitetsafhængig synaptisk plasticitet til de korrelerede tidsmæssige affyringsmønstre af stedceller, forfatterne kan redegøre for dannelsen af ​​de sekskantede dispositioner af gitterceller observeret i frit navigerende pattedyr.

"De hidtil foreslåede modeller for at forklare udviklingen af ​​gitterceller på grundlag af input fra stedceller var uspecifikke om præciserne bag de biologiske mekanismer. Vi har nu, for første gang, været i stand til at konstruere en sammenhængende model for gittercellernes oprindelse, som gør brug af kendte biologiske mekanismer, " siger Christian Leibold. Den nye model indebærer, at gitterceller genereres af en neuronal læreproces. Denne proces udnytter synaptisk plasticitet til at transformere tidsmæssig koordineret signalering mellem stedceller til de sekskantede mønstre af gittercellers respons observeret i det entorhinale kompleks. Modellen forudsiger derfor, at gittercellerne først skulle opstå i de dybe lag i entorhinal cortex.