Кіріспе
топологиядағы түсінік. Торлы жасуша – энторинальды қабықта белгілі бір интервалмен оянатын нейрон түрі. Ол жануар ашық кеңістікте қозғалғанда, орналасу, қашықтық және бағыт туралы ақпаратты сақтап, біріктіру арқылы кеңістіктегі өз орнын анықтауға мүмкіндік береді. Бұл құбылыс қоңыздарда, маймылдарда және адамдарда кездеседі. Торлы жасушалар 2005 жылы Эдвард Мозер, Мей Бритт Мозер және олардың студенттері Торкель Хафтинг, Марианна Файн және Стурла Молден Норвегиядағы Жады биологиясы орталығында (CBM) ашқан. Олар 2014 жылы Джон О’Кифпен бірге мидағы позициялық жүйені құрайтын жасушаларды ашқандары үшін физиология және медицина саласындағы Нобель сыйлығына ие болды. Кеңістіктік оқу өрістерінің бәрінің де көршілерінен бірдей қашықтықта орналасуы, осы жасушалар Эвклид кеңістігінің нейрондық бейнесін кодтайды деген гипотезаға алып келді. Бұл жаңалық сонымен қатар, позиция және бағыт туралы үнемі жаңартылатын ақпаратқа негізделген өз позициясын динамикалық түрде есептеу механизмін ұсынды. Әдеттегі егеуқұйрық экспериментінде торлы жасушалардың белсенділігін анықтау үшін, бір нейронның белсенділігін тіркеуге қабілетті электрод дорсомедиалды энторинальды қабықшаға енгізіледі және егеуқұйрық ашық аренада еркін қозғалғанда деректер жиналады. Нәтижеде алынған деректерді, әрбір нейрон әрекет потенциалын тудырған кезде арена картасында егеуқұйрықтың орнын белгілеу арқылы визуализациялауға болады. Бұл белгілер уақыт өте келе жинақталып, кішкентай кластерлер жиынтығын құрайды, олар өз кезегінде теңқабырғалы үшбұрыштар желісінің төбелерін құрайды. Үшбұрышты үлгі торлы жасушаларды кеңістіктік оқуды көрсететін басқа жасушалардан ерекшелендіреді. Керісінше, егер егеуқұйрықтың гиппокампынан алынған орындық жасуша дәл осылай зерттелсе, онда белгілер белгілі бір ортада көбінесе бір ғана кластерді ("бір орындық өріс") құрайды, тіпті бірнеше кластерлер байқалса да, олардың орналасуында көзге көрінетін ретсіздік жоқ.
A grid cell is a type of neuron within the entorhinal cortex that fires at regular intervals as an animal navigates an open area, allowing it to understand its position in space by storing and integrating information about location, distance, and direction. bats, monkeys, and humans. Grid cells were discovered in 2005 by Edvard Moser, May Britt Moser, and their students Torkel Hafting, Marianne Fyhn, and Sturla Molden at the Centre for the Biology of Memory (CBM) in Norway. They were awarded the 2014 Nobel Prize in Physiology or Medicine together with John O'Keefe for their discoveries of cells that constitute a positioning system in the brain. The arrangement of spatial firing fields, all at equal distances from their neighbors, led to a hypothesis that these cells encode a neural representation of Euclidean space. The discovery also suggested a mechanism for dynamic computation of self position based on continuously updated information about position and direction. To detect grid cell activity in a typical rat experiment, an electrode which can record single neuron activity is implanted in the dorsomedial entorhinal cortex and collects recordings as the rat moves around freely in an open arena. The resulting data can be visualized by marking the rat's position on a map of the arena every time that neuron fires an action potential. These marks accumulate over time to form a set of small clusters, which in turn form the vertices of a grid of equilateral triangles. The regular triangle pattern distinguishes grid cells from other types of cells that show spatial firing. By contrast, if a place cell from the rat hippocampus is examined in the same way, then the marks will frequently only form one cluster (one "place field") in a given environment, and even when multiple clusters are seen, there is no perceptible regularity in their arrangement.
Ашылу тарихы
1971 жылы Джон О'Киф және Джонатон Достровский егеуқырдың гиппокампында жануар белгілі бір кішкентай кеңістік аймағынан өте қалғанда әрекет потенциалын тудыратын жасушаларды тапқандарын хабарлады – бұл жасушаның орындық өрісі деп аталады. Бұл жаңалық, бастапқыда дау тудырғанмен, 1978 жылы О'Киф пен оның әріптесі Линн Наделдің «Гиппокамп – танымдық карта ретінде» атты кітабының жарық көруіне әкелді. Кітапта гиппокамп нейрондық желісі психолог Эдвард С. Толман болжағандай танымдық карталарды құрайды делінген. Бұл теория үлкен қызығушылық тудырып, гиппокамптың кеңістіктік есте сақтау және кеңістіктік бағдарлаудағы рөлін анықтауға бағытталған жүздеген тәжірибелік зерттеулерге жол ашты. Энторинальды қабықша гиппокампқа ең көп ақпарат жеткізетіндіктен, энторинальды нейрондардың кеңістіктегі белсенділігін түсіну маңызды болды. Quirk және тағы басқалардың (1992) сияқты алғашқы зерттеулер энторинальды қабықшадағы нейрондардың салыстырмалы түрде үлкен және бұлыңғыр орындық өрістері бар екенін сипаттады. Бірақ Мозерлер энторинальды қабықшаның басқа бөлігінен тіркелген жазбалар басқа нәтижелерге әкелуі мүмкін деп ойлады. Энторинальды қабықша – тышқан миының артқы жиегінен қарынға қарай созылатын ұлпа жолағы. Анатомиялық зерттеулер энторинальды қабықшаның әртүрлі секторлары гиппокамптың әртүрлі деңгейлеріне проекцияланатынын көрсетті: энторинальды қабықшаның дорсальді ұшы – дорсальді гиппокампқа, вентральді ұшы – вентральді гиппокампқа. Бұл маңызды болды, өйткені бірнеше зерттеулер дорсальді гиппокамптағы орындық жасушалардың орындық өрістері вентральді деңгейлердегі жасушаларға қарағанда айтарлықтай өткір екенін көрсетті. Бірақ 2004 жылға дейінгі энторинальды кеңістіктік белсенділікті зерттеулерде энторинальды қабықшаның вентральді ұшына жақын орналастырылған электродтар қолданылды. Сондықтан Марианна Файн, Стурла Молден және Менно Виттермен бірге Мозерлер энторинальды қабықшаның әртүрлі дорсальді-вентральді деңгейлерінен кеңістіктік белсенділікті зерттеуге кірісті. Олар медиалды энторинальды қабықшаның (МЭҚ) дорсальді бөлігіндегі жасушалардың гиппокамп сияқты анықталған орындық өрістері бар екенін, бірақ жасушалар бірнеше орында белсенді болатынын анықтады. Белсенділік өрістерінің орналасуы жүйеліліктің белгілерін көрсетті, бірақ ортаның мөлшері кеңістіктік периодтылықты осы зерттеуде көруге болатындай тым кішкентай болды. 2005 жылы жасалған келесі тәжірибелер үлкен ортаны пайдаланды, нәтижесінде жасушалардың гексагонды тор үлгісінде белсенді болатыны анықталды. Бір-біріне жақын орналасқан тор жасушалары (яғни, бір электродтан тіркелген жасушалар) әдетте бірдей тор аралығы мен бағытын көрсетеді, бірақ олардың тор шыңдары бір-бірінен көрінетін кездейсоқ ығысулармен ауысады. Бірақ бір-бірінен қашықтықта орналасқан жеке электродтардан тіркелген жасушалар әртүрлі тор аралықтарын көрсетеді. Бөлшектер көбірек вентральді орналасқан (МЭҚ-тің дорсальді шекарасынан алыс) әдетте әр тордың түбінде үлкен белсенділік өрістеріне және сәйкесінше тордың түбі арасындағы үлкен аралыққа ие. Бұл жазбалар тек 3/4 қарынша ұшына дейін созылды, сондықтан одан да үлкен торлар болуы мүмкін. Мұндай көп масштабты бейнелеулер теориялық тұрғыдан қажетті ақпарат болып табылады. Тор жасушаларының белсенділігі визуалды енгізуді қажет етпейді, өйткені ортадағы барлық шамдар өшірілген кезде тор үлгілері өзгермейді. Егер ортаның ерекшеліктері одан да аз радикалды түрде өзгертілсе, орындық өріс үлгісі «жылдамдық қайта карталау» деп аталатын өзгерістердің төмен дәрежесін көрсетуі мүмкін, онда көптеген жасушалар өздерінің белсенділік деңгейлерін өзгертеді, бірақ жасушалардың көпшілігі бұрынғыдай бірдей орындарда орындық өрістерін сақтайды. Бұл гиппокамп пен энторинальды жасушалардың бір мезгілдегі жазбаларын қолданып тексерілді және гиппокамп жылдамдық қайта карталауды көрсеткен жағдайларда тор жасушалары өзгермеген белсенділік үлгілерін көрсетеді, ал гиппокамп толық қайта карталауды көрсеткенде тор жасушаларының белсенділік үлгілері болжауға болмайтын ауысулар мен айналуларды көрсетеді.
Тета-ритмдіктік
Гиппокамп жүйесінің дерлік барлық бөлігіндегі нейрондық белсенділік гиппокамп тета ритмімен модуляцияланады, оның жиілік диапазоны егеуқұйрықтарда шамамен 6-9 Гц құрайды. Энторинальды қабық та бұған ерекшелік емес: гиппокамп сияқты, ол тетаның орталық бақылаушысы – медиалдық септал аймағынан холинергиялық және ГАМК-ергиялық сигналдарды алады. Гиппокамптың орындық жасушалары сияқты, торлы жасушалар да күшті тета модуляциясын көрсетеді. III қабаттағы торлы жасушалардың көпшілігі прецессия жасамайды, бірақ олардың импульстік белсенділігі көбінесе тета циклінің жартысына дейін шектелген. Торлы жасушаның фазалық прецессиясы гиппокамптан туындамайды, себебі ол гиппокампы ГАМК агонисімен деактивацияланған жануарларда да байқалады.