Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Неровная линия с отклонениями вверх-вниз. Прямоугольная рамка окружает одно отклонение.
Потенциалы действия (один в коробке), записанные с одной ячейки во время всплеска активности
Волнообразная извилистая линия с указанием времени в секундах внизу
ЭЭГ тета - волны

Фаза прецессия является нейрофизиологическим процессом , в котором время обжига потенциалов действия отдельных нейроны происходит постепенно ранее по отношению к фазе в поле потенциального локального колебания с каждым последующим циклом. В месте клетки , тип нейрон находится в гиппокампе области мозга , фазы прецессии , как полагают, играют важную роль в нейронные кодирования информации. Джон О'Киф , который позже разделил Нобелевскую премию 2014 года по физиологии и медицинеза его открытие, что клетки места помогают формировать "карту" положения тела в пространстве, совместно с Майклом Рексом в 1993 году обнаружил фазовую прецессию [1] [2].

Поместите ячейки [ править ]

Основная статья: Поместите ячейку

Пирамидные клетки в гиппокампе, называемые клетками места, играют важную роль в самоопределении при перемещении на короткие расстояния. [3] По мере того, как крыса движется по тропе, отдельные клетки места активируют потенциалы действия с повышенной скоростью в определенных местах на пути, называемых «полями места». Максимальная скорость стрельбы каждой ячейки места - с потенциалами действия, возникающими в виде быстрых всплесков  - происходит в позиции, кодируемой этой ячейкой; и эта ячейка срабатывает только изредка, когда животное находится в других местах. [4] В пределах относительно небольшого пути одни и те же клетки многократно активируются, когда животное возвращается в то же положение.

Хотя простое кодирование скорости (кодирование информации, основанное на том, срабатывают ли нейроны быстрее или медленнее), возникающее в результате этих изменений в частоте срабатывания, может составлять часть нейронного кодирования положения, также важную роль играет определение времени действия. потенциалы одиночной ячейки по отношению к срабатыванию соседних ячеек в местном населении . [5] [6] Поскольку большая популяция клеток время от времени срабатывает, когда крыса находится за пределами индивидуальных полей клеток, схемы возбуждения организованы так, чтобы происходить синхронно, образуя волнообразные колебания напряжения . Эти колебания можно измерить с помощью потенциалов местного поля и электроэнцефалографии.(ЭЭГ). В области CA1 гиппокампа, где расположены клетки места, эти возбуждающие паттерны вызывают тета-волны . [7] Тета-колебания классически описывались у крыс, но появляются доказательства того, что они также встречаются у людей. [8]

В 1993 году О'Киф и Рекс обнаружили связь между тета-волной и паттернами возбуждения отдельных клеток места. [1]Хотя случайные потенциалы действия клеток, когда крысы находились вне поля места, происходили в фазе (на пиках) тета-волн, всплески более быстрых всплесков возникали, когда крысы достигли места, где поля были не синхронизированы с колебаниями. . Когда крыса приближалась к полю места, соответствующая ячейка места срабатывала немного раньше пика тета-волны. По мере того, как крыса приближалась все ближе и ближе, каждый последующий потенциал действия проявлялся все раньше и раньше в волновом цикле. В центре поля места, когда клетка будет стрелять с максимальной скоростью, возбуждение было достаточно продвинуто, чтобы быть противофазным по отношению к тета-потенциалу (внизу, а не на пике тета-волны). Затем, когда крыса продолжала двигаться мимо поля места, и стрельба клетки замедлилась,потенциалы действия продолжали возникать прогрессивно раньше по сравнению с тета-волной, пока они снова не стали синхронными с волной, выровнявшись теперь с пиком одной волны раньше, чем раньше. О'Киф и Рекс назвали это продвижение относительно фазы волны «фазовой прецессией». Последующие исследования показали, что каждый раз, когда крыса попадает в совершенно другую область, поля места будутПосле переназначения клетки места снова будут синхронизированы по фазе с тета-ритмом. [9] В настоящее время широко признано, что противофазное срабатывание клеток, возникающее в результате фазовой прецессии, является важным компонентом кодирования информации о месте. [3] [5] [6] [7] [10]

Другие системы [ править ]

Схема фазовой прецессии в трехместных ячейках . Крыса бежит слева направо, и запуск ячеек (обозначенных цветными отметками) пространственно локализован, при этом три поля разряда (представленные тремя цветами) перекрываются. Потенциал поля локального тета - ритм показан в нижней части черного цвета. Эти потенциалы действия каждой ячейки возникают раньше и раньше по отношению к пику тете на каждый последующем цикле - это фаза прецессия. Одним из следствий этого является то, что в пределах одного тета-цикла (например, заштрихованный прямоугольник) клетки срабатывают в той же временной последовательности, что и их запуск в пространстве: таким образом, пространственный код преобразуется во временной.

Существуют противоречивые теории о том, как нейроны в гиппокампе и вокруг него вызывают тета-волны и, следовательно, вызывают фазовую прецессию. По мере того, как эти механизмы стали лучше пониматься, исследователи все больше признавали существование фазовой прецессии. [10] Это, в свою очередь, породило вопрос о том, могла ли прецессия фазы наблюдаться в каких-либо других областях мозга, с другими типами клеточных цепей , или же прецессия фазы была специфическим свойством ткани гиппокампа. [10] Открытие того, что прецессия фазы тета-волны также является свойством ячеек сетки в энторинальной коре головного мозга.продемонстрировали, что это явление существует в других частях мозга, которые также передают информацию о движении. [11]

Прецессия фазы тета-волны в гиппокампе также играет роль в некоторых функциях мозга, которые не связаны с пространственным расположением. Когда крыс приучали прыгать к краю коробки, клетки места демонстрировали прецессию фазы так же, как и во время движения по траектории, но подмножество клеток места показало прецессию фазы, которая была связана с началом прыжка, независимо от пространственного местоположение, а не связанное с положением во время прыжка. [12]

Предполагается, что фазовая прецессия в энторинальной коре возникает из-за процесса аттракторной сети , так что два последовательных нейронных репрезентации в одном цикле тета-колебаний могут быть временно связаны друг с другом ниже по течению в гиппокампе, как эпизодические воспоминания . [13]

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б О'Киф J, Recce ML (июль 1993 г.). «Фазовые отношения между единицами места гиппокампа и тета-ритмом ЭЭГ». Гиппокамп . 3 (3): 317–30. DOI : 10.1002 / hipo.450030307 . PMID  8353611 .
  2. ^ «Нобелевская премия по физиологии и медицине 2014: Джон О'Киф - биография» . Nobelprize.org . Архивировано 29 сентября 2017 года . Проверено 27 января 2018 года .
  3. ^ а б Мозер Э.И., Кропфф Э., Мозер МБ (19 февраля 2008 г.). «Разместите ячейки, ячейки сетки и систему пространственного представления мозга». Ежегодный обзор нейробиологии . 31 : 69–89. DOI : 10.1146 / annurev.neuro.31.061307.090723 . PMID 18284371 . 
  4. ^ Бурес Дж, Фентон А.А., Каминский Y, Zinyuk L (январь 1997). «Разместите ячейки и разместите навигацию» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 94 (1): 343–50. DOI : 10.1073 / pnas.94.1.343 . PMC 19339 . PMID 8990211 .  
  5. ^ a b О'Киф Дж, Берджесс Н. (6 сентября 2005 г.). «Двойное кодирование фазы и скорости в клетках места гиппокампа: теоретическое значение и связь с клетками энторинальной решетки» . Гиппокамп . 15 (7): 853–66. DOI : 10.1002 / hipo.20115 . PMC 2677681 . PMID 16145693 .  
  6. ^ a b Берджесс Н., О'Киф Дж. (1996). «Нейронные вычисления, лежащие в основе срабатывания клеток места и их роль в навигации». Гиппокамп . 6 (6): 749–62. CiteSeerX 10.1.1.17.344 . DOI : 10.1002 / (SICI) 1098-1063 (1996) 6: 6 <749 :: AID-HIPO16> 3.0.CO; 2-0 . PMID 9034860 .  
  7. ^ a b Skaggs WE, McNaughton BL, Wilson MA, Barnes CA (1996). «Прецессия тета-фазы в популяциях нейронов гиппокампа и сжатие временных последовательностей». Гиппокамп . 6 (2): 149–72. DOI : 10.1002 / (SICI) 1098-1063 (1996) 6: 2 <149 :: AID-HIPO6> 3.0.CO; 2-K . PMID 8797016 . 
  8. ^ Бобо В.Д., Copara М.С., Готман Дж, Экстрем АД (февраль 2017 г.). «Низкочастотные колебания тета в гиппокампе человека во время реальной и виртуальной навигации» . Nature Communications . 8 : 14415. DOI : 10.1038 / ncomms14415 . PMC 5316881 . PMID 28195129 .  
  9. ↑ Bose A, Recce M (19 июня 2001 г.). «Фазовая прецессия и фазовая синхронизация пирамидных клеток гиппокампа». Гиппокамп . 11 (3): 204–15. DOI : 10.1002 / hipo.1038 . PMID 11769305 . 
  10. ^ a b c Buzsáki G (2006). Ритмы мозга . Издательство Оксфордского университета. С. 308–26. ISBN 978-0195301069. Архивировано 26 февраля 2018 года.
  11. ^ Hafting T, Fyhn M, Bonnevie T, Moser MB, Moser EI (июнь 2008). «Независимая от гиппокампа фазовая прецессия в клетках энторинальной сетки». Природа . 453 (7199): 1248–52. DOI : 10,1038 / природа06957 . PMID 18480753 . 
  12. ^ Ленк-Santini PP, Фентон А.А., Muller RU (июль 2008). «Разрядные свойства нейронов гиппокампа при выполнении задачи уклонения от прыжка» . Журнал неврологии . 28 (27): 6773–86. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.5329-07.2008 . PMC 2636898 . PMID 18596153 .  
  13. ↑ Ковач К.А. (сентябрь 2020 г.). «Эпизодические воспоминания: как гиппокамп и аттракторы энторинального кольца взаимодействуют для их создания?» . Границы системной нейробиологии . 14 : 68. DOI : 10,3389 / fnsys.2020.559186 .