강력한 온라인 매핑 도구 인 Google Maps는 지구의 표면의 위치를 계산하는 GPS와 집 주소, 좋아하는 레스토랑 및 작업 길을 통과하는 도넛 상점과 같은 정보가 포함 된 철저한지도의 두 가지 주요 요소로 성공을 거두었습니다. 뇌의 항해 시스템은 거의 같은 방식으로 작동하는 것으로 나타났습니다. 이 발견을 담당하는 3 명의 연구원은 2014 년 노벨 생리학 또는 의학 상을 수상했습니다.
이상은 University College London의 신경 과학자 인 John O'Keefe와 Norwegian Science and Technology University of Science and Technology의 결혼 한 부부 및 신경 과학 팀인 May -Britt 및 Edvard Moser에게 공동으로 수여되었습니다. 1971 년, O'Keefe는 동물이 특정 위치에있을 때마다 발사되는 장소 세포라는 특수 뉴런을 발견했습니다. 보다 최근에, Mosers는 그리드 세포를 확인하여 죽은 리코 닝 시스템처럼 작용하여 동물에게 외부 신호와 독립적 인 위치를 알려줍니다. 쥐에서 처음 발견되었지만 두 종류의 세포는 인간을 포함하여 포유 동물 뇌에서 널리 퍼져 있습니다.
이 그리드 및 장소 셀 시스템의 눈에 띄는 특징 중 하나는 추상적 특성을 인코딩하는 것 같습니다. 미니애폴리스에있는 미네소타 대학교의 신경 과학자 인 데이비드 레디쉬 (David Redish)는“이 세포들은이 세포들이 지상의 냄새와 같은 감각 신호에 반응하는 것이 아니라는 것입니다. 대신, 그리드 셀은 내부 위치 시스템을 형성하고, 배치 셀은 해당 정보를 다른 신호와 함께 사용하여 장소 감각을 만듭니다. 그들은 함께 풍부한지도를 만듭니다. "우리가 이러한지도를 어떻게 구축하는지 이해하는인지 과학의 더 큰 틀의 일부입니다. 내면의 모델을 어떻게 구축합니까?" 매사추세츠 공과 대학의 신경 과학자 인 Matthew Wilson이 말했다.
뇌의 매핑 기술을 더 잘 이해하면 신경 과학의 다른 영역에서 새로운 통찰력이 생길 수 있습니다. 예를 들어,“메모리와 공간을 연결하는 방법에는 근본적인 것이 있습니다.”라고 Wilson은 말했습니다. 내부 GPS를 단순히 형성하는 대신, 장소 셀과 그리드 셀은 기억을 고정하는 시스템을 제공 할 수 있습니다.
장소 감각
장소 세포는 오랫동안 뇌의 기억 허브로 간주되어 왔던 해마에서 발견됩니다. 유명한 환자 H.M.에서 일어난 것처럼 그것을 제거하면 뇌의 새로운 기억을 형성하는 능력을 제거합니다. 그러나 O'Keefe의 발견은 해마가 내비게이션에도 필수적이라는 것을 보여주었습니다.
O'Keefe는 열린 공간을 탐험하면서 쥐의 해마의 특정 부분에서 뉴런의 충동을 기록했습니다. 그는 쥐가 특정 지점에있을 때만 개별 뉴런이 발사 될 것이라는 것을 발견했다. 그는 주변 환경을 변경함으로써 동물이 단순히 감각 신호에 반응하지 않는다는 것을 보여주었습니다. 오히려, 뉴런은보다 정교한 위치 감각에 반응하고 있었다
1978 년에 출판 된 주요 책에서 O'Keefe와 그의 공동 저자 인 Lynn Nadel 은이 공간 시스템이 훨씬 더 넓은 역할을 할 수 있다고 이론화했습니다. 좌표계에서 위치 목록을 단순히 제공하는 대신 개인의 기억에 따라 개인의 기억을 구성 할 수 있습니다. Redish는“장소 세포는 좌표계를 가져 와서 무언가를 부착합니다. 어린 시절 집의 식탁에 앉아있을 때 과거 추수 감사절에서 좋아하는 사과 파이를 기억할 것입니다.
그 이후의 모든 해마 연구는 그 책에 대한 반응으로 실험이 그 가설에 동의했거나 도전했는지 여부에 관계없이 말했다. "어느 쪽이든, 그것은 모든 것을 바꿨습니다."
죽은 계산
30 년 후, Mosers는 세포를 배치하기위한 공간 정보를 제공하는 것으로 여겨지는 세포 시스템을 발견했습니다. 그들은 해마와 연결되는 뇌의 영역 인 쥐의 경상 피질 내부의 개별 뉴런을 조사했습니다. 그런 다음 동물들이 빈 공간을 돌아 다니게했습니다. 때때로, 표적 뉴런이 발사 될 것이다. 이런 일이 발생한 바닥에 지점을 매핑함으로써, 연구자들은 뉴런이 발사 된 지점이 평형 삼각형의 그리드를 매핑한다는 것을 발견했습니다. 이 배치는 너무 잘 정의되어 연구원들이 처음에 장비 오작동을 의심했습니다.
"이 정확한 삼각형 배치에서 발사 된 사실은 전례가 없었습니다. "Mosers가 그리드 패턴으로 발사 된 뉴런 인 그리드 세포를 발견 한 후"우리는 [메모리] 시스템의 GPS 부분에 대한 새로운 핸들이있었습니다. " (GPS는 편리한 은유이지만 과학자들은 그리드 셀이 실제로 데드 리콘 시스템을 사용하여 위치를 계산한다고 생각합니다.)
흥미로운 발견 중 하나는 그리드 셀이 시각적 신호가없는 완전한 어둠 속에서 기능 할 수 있다는 것입니다. Knierim은“이것은 외부 감각 입력과 무관하게 어떤 의미에서 어떤 내부 뇌 역학을 반영해야한다. "이것이 경이로운 이유 중 하나입니다. 내부 처리 이해에 대한 창을 제공합니다."
.뇌 디코딩
과학자들은 마음이 공간지도를 어떻게 구성하는지 또는 내비게이션에 어떻게 사용되는지에 대해서는 아직 정확히 알지 못합니다. 그러나 O'Keefe와 Mosers의 작품은 궁극적으로 뇌의 항해 시스템보다 훨씬 더 많은 것을 밝힐 수 있습니다. 연구원들은 우주에서 신경 활동과 위치를 쉽게 측정 할 수 있으므로 신경 과학자들은 다양한 질문을 연구하기 위해 장소 세포와 그리드 세포를 사용하고 있습니다.
예를 들어, 연구자들은 뇌가 전기 신호에서 세계에 대한 정보를 인코딩하는 방법과 신호가 뇌의 지역으로 이동함에 따라 새로운 정보를 통합하는 방법에 대해 더 알고 싶어합니다. Knierim은“뇌 처리를 이해하려면 뇌의 한 부분에서 다음 부분으로 어떤 변화가 발생하는지 알아야합니다. "어떤 규칙이 정보를 영역 A에서 영역 B의 정보로 바꾸는 규칙은 무엇입니까?" 그리드 세포가 해마에있는 세포에 정보를 보내는 과정은 연구원 들이이 질문을 탐구 할 수있게합니다.
과학자들은 또한 장소 세포를 사용하여 기억에 대해 더 많이 배우고 있습니다. 쥐가 미로를 통과 할 때, 특정한 장소 세포가 발사됩니다. 래트가 잠을 자면 서열이 재생됩니다. 연구원들은이 재생이 해마에서 미로에 대한 쥐의 기억을 장기 저장으로 전달하는 데 도움이된다고 생각합니다.
보다 최근의 수면 연구에 따르면 쥐가 미로에 다시있을 때 같은 패턴을 재생하고 다음에 어디로 가야하는지에 대한 결정을 내려야합니다. 이것은 쥐가 가장 좋은 길을 가로 질러 미로의 기억에 접근하고 있음을 나타낼 수 있습니다. Redish는“우리는 쥐가 정신 시간 여행을 할 수 있다는 것을 알고 있습니다. "우리는 장소 세포 때문에 그것을 알 수 있습니다."
많은 연구자들은 기억과 공간이 훨씬 더 복잡하게 연결되어 있다고 생각합니다. 고대 그리스로 거슬러 올라가는 연설을 기억하는 인기있는 속임수에서, 연설자는 도시를 통과하는 친숙한 길을 떠나 경로를 따라 각 위치에 연설의 세그먼트를 첨부합니다. 이 니모닉은 무의식적으로 해마가 위치 정보와 자서전 추억을 인코딩한다는 사실을 무의식적으로 이용할 수 있습니다. 윌슨은“공간이 경험을 조직하는 좋은 방법이라는 것은 단지 일어난다”고 말했다.
