Pamięć przestrzenna, czyli wewnętrzny GPS20 września 2016

shutterstock_133060577a

W jaki sposób wiemy, gdzie jesteśmy? Jak możemy znaleźć drogę z jednego miejsca do drugiego? I jak możemy przechowywać te informacje w taki sposób, że możemy od razu znaleźć właściwy kierunek, idąc następnym razem tą samą drogą?

W roku 2014 przyznano nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny małżeństwu Moserów oraz Johnowi O’Keefe – odkrywcom „pozycjonowania wewnętrznego GPS” w mózgu, które sprawia, że możemy orientować się w pozycji w przestrzeni. Już w 1971 r. John O’Keefe odkrył pierwszy „składnik” systemu pozycjonowania. Okazało się, że istnieje specyficzny rodzaj komórek nerwowych w obszarze mózgu zwanym hipokampem. Komórki te są zawsze aktywne, gdy badane zwierzę znalazło się w określonym miejscu w pomieszczeniu. Inne komórki natomiast były aktywowane, gdy zwierzę znajdowało się w innych miejscach pomieszczenia. O’Keefe doszedł do wniosku, że komórki te tworzą swoistą mapę pomieszczenia i nazwał je „komórkami miejsca” (place cells).

W 2000 r. w badaniach obrazujących aktywność mózgu (MRI) u doświadczonych kierowców taksówek w Londynie wykazano, że mają oni powiększoną tylną część hipokampa w porównaniu z osobami, których praca nie wymaga częstego używania nawigacji przestrzennej. Jednocześnie Maguire i współpracownicy wskazują, że hipokamp przechowuje reprezentację przestrzenną otaczającego środowiska, jak również bierze udział w opracowywaniu strategii przestrzennej mającej na celu dotarcie do punktu docelowego. Podobną zwiększoną objętość hipokampa mózgu w stosunku do rozmiaru ciała zaobserwowano u małych ssaków i ptaków, których tryb życia wymaga znacznego zaangażowania pamięci przestrzennej wykorzystywanej na przykład do przechowywania informacji dotyczącej poukrywanych zapasów żywności. U niektórych gatunków wielkość hipokampa zmienia się szczególnie w okresach, gdy popyt na zdolności przetwarzania informacji przestrzennej jest wyższy.

Ponad trzy dekady po odkryciu O’Keefe, May-Britt i Edvard Moser odkryli w 2005 r. kolejny kluczowy „składnik” systemu pozycjonowania mózgu. Moserowie mapowali połączenia hipokampa u szczurów poruszających się w pokoju, gdy zaobserwowali zadziwiający wzorzec aktywności w pobliskiej hipokampowi części mózgu zwanej korą śródwęchową (entorhinal cortex). Odkryli oni, że niektóre komórki aktywowane były, gdy szczury znajdował się w wielu miejscach, a miejsca te były rozmieszczone w heksagonalnej siatce. Każde z tych komórek aktywowane jest w unikalnym wzorze przestrzennym i wspólnie te „komórki siatki” (grind cells) stanowią układ współrzędnych, który pozwala na orientację przestrzenną oraz precyzyjne pozycjonowanie i odnajdywanie ścieżki którą się poruszamy. Wraz z innymi komórkami kory śródwęchowej, które rozpoznają kierunek głowy (head dircetion cells) i granicy pomieszczenia (border cells), komórki siatki (grind cells) tworzą obwody z komórkami miejsca (place cells) w hipokampie. Obwód ten stanowi kompleksowy system pozycjonowania, „wewnętrzny GPS” w mózgu. Ostatnie badania z użyciem technik obrazowania mózgu, jak również badania u chorych poddawanych zabiegom neurochirurgicznym, dostarczyły dowodów, że komórki miejsca i komórki siatki istnieją także u ludzi.

U pacjentów z chorobą Alzheimera często dochodzi do neurodegeneracji komórek w hipokampie i korze śródwęchowej, co wpływa we wczesnym etapie choroby na to, że osoby te często tracą swoją pamięć o drodze do domu i nie mogą rozpoznać otoczenia. Wiedza na temat systemu pozycjonowania mózgu może więc pomóc nam zrozumieć mechanizm leżący u podstaw utraty pamięci przestrzennej, która dotyka ludzi z chorobą Alzheimera. Odkrycie systemu pozycjonowania mózgu reprezentuje zmianę paradygmatu w naszej wiedzy na temat zespołów wyspecjalizowanych komórek współpracujących ze sobą, mających wpływ na wyższe funkcje poznawcze. To otworzyło nowe drogi do zrozumienia innych procesów poznawczych, takich jak pamięć, myślenie i planowanie.