Μια νέα μελέτη αποκάλυψε πώς τα «κύτταρα θέσης» του εγκεφάλου – οι νευρώνες που είναι υπεύθυνοι για την πλοήγηση – ακολουθούν την τυχαιότητα, αντί για ακριβή οργάνωση, για να δημιουργήσουν εσωτερικούς χάρτες του περιβάλλοντος.
Με επικεφαλής ερευνητές του Hebrew University of Jerusalem, η έρευνα αυτή αμφισβητεί τις μακροχρόνιες πεποιθήσεις σχετικά με τη χωρική κωδικοποίηση στον ιππόκαμπο και δείχνει ότι το σύστημα πλοήγησης του εγκεφάλου ακολουθεί καθολικές μαθηματικές αρχές. «Τα αποτελέσματά μας υποδηλώνουν ότι η τυχαιότητα, και όχι ένας συγκεκριμένος σχεδιασμός, διέπει τη συναπτική οργάνωση των εισόδων στους CA1 νευρώνες του ιππόκαμπου», εξηγεί ο Nischal Mainali, ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.
Τα κύτταρα θέσης, που βρίσκονται στον ιππόκαμπο, ενεργοποιούνται σύμφωνα με συγκεκριμένα μοτίβα για να αντιπροσωπεύουν διαφορετικές θέσεις στο περιβάλλον ενός ζώου. Παραδοσιακά, οι επιστήμονες πίστευαν ότι αυτοί οι νευρώνες ενεργοποιούνται με δομημένο και προβλέψιμο τρόπο, σχηματίζοντας καλά οργανωμένους χάρτες χώρου. Ωστόσο, πρόσφατες έρευνες έδειξαν ότι σε μεγαλύτερους ή πιο σύνθετους χώρους, τα κύτταρα αυτά παρουσιάζουν φαινομενικά ατακτοποιημένα μοτίβα ενεργοποίησης, ενεργοποιούμενα σε πολλαπλές ακανόνιστες θέσεις.
Ο καθηγητής Yoram Burak και η ομάδα του ανέπτυξαν ένα μαθηματικό μοντέλο για να εξηγήσουν αυτό το φαινόμενο. Το μοντέλο τους βασίζεται στις Γκαουσιανές Διαδικασίες – ένα σύνολο τυχαίων συναρτήσεων που χρησιμοποιούνται ευρέως σε τομείς όπως η κοσμολογία και η ωκεανογραφία.
Σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, τα μοτίβα ενεργοποίησης των κυττάρων θέσης προκύπτουν όταν τα τυχαία σήματα Gauss υπερβαίνουν ένα ορισμένο κατώφλι, δημιουργώντας συστάδες δραστηριότητας που χαρτογραφούν τις χωρικές θέσεις. Η θεωρία αυτή υποδηλώνει ότι αντί να βασίζεται σε ένα άκαμπτα οργανωμένο σύστημα, ο ιππόκαμπος χρησιμοποιεί την τυχαιότητα για να κωδικοποιεί αποτελεσματικά τις θέσεις, προσαρμοζόμενος σε διαφορετικά περιβάλλοντα.
Για να ελέγξουν το μοντέλο τους, οι ερευνητές εξέτασαν τα υπάρχοντα αρχεία της δραστηριότητας των κυττάρων θέσης από προηγούμενα πειράματα με νυχτερίδες, ποντίκια και αρουραίους που πλοηγούνταν σε διαφορετικούς χώρους. Τα αποτελέσματά τους επιβεβαίωσαν ότι τα κύτταρα θέσης αυτών των ζώων ακολουθούσαν τα προβλεπόμενα τυχαία μοτίβα σε μονοδιάστατα, δισδιάστατα και τρισδιάστατα περιβάλλοντα.
Η ανακάλυψη αυτή επαναπροσδιορίζει τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες σκέφτονται για την πλοήγηση στο χώρο και τη λειτουργία του εγκεφάλου με μια ευρύτερη έννοια. Αντί να στηρίζεται σε ένα επακριβώς καλωδιωμένο κύκλωμα, ο ιππόκαμπος φαίνεται να εκμεταλλεύεται την τυχαιότητα για να δημιουργεί προσαρμόσιμες και αποτελεσματικές αναπαραστάσεις του χώρου.
Πέρα από την πλοήγηση, η μελέτη αυτή ανοίγει νέους δρόμους για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ο εγκέφαλος κωδικοποιεί και επεξεργάζεται πολύπλοκες πληροφορίες. Αν η τυχαιότητα παίζει ρόλο και σε άλλους τύπους νευρωνικής κωδικοποίησης, θα μπορούσε να προσφέρει νέες γνώσεις για τη μνήμη, τη μάθηση, ακόμη και για τα βιολογικά συστήματα τεχνητής νοημοσύνης σε σχήμα εγκεφάλου.
Η έρευνα θα μπορούσε επίσης να έχει επιπτώσεις στην κατανόηση νευρολογικών διαταραχών που επηρεάζουν τον χωρικό προσανατολισμό, όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ, όπου τα κύτταρα του ιππόκαμπου είναι συχνά μεταξύ των πρώτων που καταστρέφονται.
[via]
