Każdy z nas orientuje się w przestrzeni dzięki częściom mózgu, które zajmują się nawigacją. Tworzą one swoistą mentalną mapę naszego otoczenia. Część z nich koduje elementy tej mapy, inne pozwalają nam ustalić, w którym jej miejscu się znajdujemy.

Te ostatnie elementy długo wymykały się badaczom studiującym działanie ludzkiego mózgu. Dopiero teraz naukowcy z Uniwersytetu Columbii namierzyli grupę specyficznych neuronów w płacie skroniowym mózgu. Wyniki swych badań opublikowali na łamach czasopisma „Neuron”.

Jak działa nasz mózgowy GPS

Badania nad tym, jak orientujemy się w terenie i odnajdujemy drogę, są ważną częścią neuronauki. W 2014 r. naukowcy zajmujący się tymi zagadnieniami otrzymali medyczną Nagrodę Nobla.

Jeden z laureatów, John O’Keefe, w 1971 r. odkrył, że szczury mają w mózgu komórki, które uaktywniają się zależnie od miejsca, w jakim znajdzie się zwierzę. Uznał, że mózg – a konkretnie jego część zwana hipokampem – zawiera coś na kształt mapy, pozwalającej zwierzętom na orientowanie się w przestrzeni.

W 2005 r. May-Britt i Edvard Moserowie, kolejni nobliści, odkryli, że u szczurów próbujących odnaleźć drogę do celu aktywowany jest obszar w mózgu w obrębie tzw. kory śródwęchowej. Tworzące go komórki nerwowe układają się w zadziwiająco regularny kształt siatki. Te tzw. komórki siatkowe tworzą wewnętrzny system nawigacji, który mówi zwierzęciu, gdzie jest, gdzie było i którędy dalej iść.

Dalsze badania na szczurach wykazały, że mózgowa mapa do działania potrzebuje co najmniej dwóch różnych grup neuronów. Jedna z nich to komórki „allocentryczne”, kodujące elementy otoczenia. Ich aktywność można porównać do elektronicznej nawigacji, do której wpisaliśmy konkretny adres. Widzimy wówczas mapę i znajdujące się na niej obiekty, a orientacja odpowiada stronom świata (północ jest na górze, południe na dole itd.).

Aby z tej mapy skorzystać, potrzebujemy też tzw. neuronów egocentrycznych. To one określają, gdzie na tej mapie się znajdujemy i w jakim kierunku się poruszamy. Uczeni porównują to do przełączenia się na tryb śledzenia trasy w nawigacji elektronicznej. Nie widzimy wówczas mapy z góry, lecz przyjmujemy perspektywę podróżnika: to, co przed nami, znajduje się w górnej części obrazu, a to, co za nami, w dolnej.

Neurony egocentryczne wyznaczają nasze położenie na mózgowej mapie

W mózgach szczurów komórki egocentryczne udało się namierzyć już kilka lat temu. Okazało się, że znajdują się one we fragmencie kory śródwęchowej zwanym korą postrynalną. U ludzi takie badania były znacznie trudniejsze.

– Ciężko jest zarejestrować aktywność pojedynczych neuronów. Metody takie jak funkcjonalny rezonans magnetyczny czy EEG pokazują nam uśrednioną aktywność milionów komórek. Bardziej szczegółowe badania wymagają metod inwazyjnych, których stosowanie u ludzi najczęściej jest nieetyczne – wyjaśnia dr Lukas Kunz, główny autor badań opublikowanych na łamach „Neuron”.

Jego zespół zaprosił do współpracy pacjentów z epilepsją, którym w ramach leczenia wszczepiano do mózgu elektrody połączone ze stymulatorem. Podczas zabiegu wszczepiania elektrod uczeni prosili badanych o wykonywanie zadań w wirtualnym środowisku i rejestrowali aktywność ok. 1400 pojedynczych neuronów.

Dzięki analizie danych uczeni ustalili, że u człowieka neurony egocentryczne znajdują się w tzw. korze parahipokampalnej. Stanowią one aż 25 proc. wszystkich komórek w tej części mózgu. Neurony te uaktywniają się, gdy próbujemy ustalić, gdzie jesteśmy oraz kiedy poruszamy się po zaplanowanej trasie.

Bez neuronów egocentrycznych zaczynamy się gubić

System orientacji przestrzennej jest jednym z pierwszych atakowanych przez schorzenia takie jak choroba Alzheimera. Dlatego osoby nią dotknięte gubią się w znanym wcześniej dobrze otoczeniu czy nie potrafią znaleźć samodzielnie drogi do domu.

Neurony egocentryczne mają też związek z zapamiętywaniem informacji. Badania zespołu dr. Kunza wykazały, że uaktywniają się, gdy myślimy o przedmiotach znajdujących się w konkretnej lokalizacji.

– Wiemy już, że wspomnienia zbudowane są z kilku elementów: samo wydarzenie, czas, w którym zaszło, i miejsce. Prawdopodobnie te elementy są przechowywane w różnych miejscach mózgu. Neurony egocentryczne mogą być tym elementem, które lokalizują wspomnienia w przestrzeni – mówi dr Kunz. Być może dlatego chorzy na alzheimera nie potrafią też znaleźć kluczy od domu czy portfela.

Badania nad neuronami egocentrycznymi mogą pomóc w zrozumieniu choroby Alzheimera i innych schorzeń neurodegeneracyjnych. To jednak długa droga. – Najpierw musimy dowiedzieć się więcej o działaniu neuronów. Dopiero wtedy będziemy mogli zająć się zaburzeniami pamięci i orientacji – zastrzega dr Kunz.

Warto też pamiętać, że nasz wewnętrzny GPS potrzebuje stałego treningu. Gdy zaczynamy go wyręczać, korzystając z elektronicznej nawigacji, nasz mózg się rozleniwia. Dlatego warto co jakiś czas zdać się na własną orientację albo korzystać z klasycznej papierowej mapy.

Źródło: Neuron.