Jump to content

Фазовая прецессия

Рисунок крысы на одном конце извилистой дорожки. Вдоль пути расположено множество точек в группах, каждая из которых имеет свой цвет.
Пространственные импульсные паттерны 8-местных клеток, записанные в слое CA1 гиппокампа мозга крысы. Точки обозначают позиции (поля мест), где потенциалы действия , когда крыса двигалась взад и вперед по дорожке, а цвет указывает, какой нейрон излучает этот потенциал действия. регистрировались
Зубчатая линия с отклонениями вверх-вниз. Прямоугольная рамка окружает одно отклонение.
Потенциалы действия (один в рамке), записанные из одной клетки места во время всплеска активности.

Фазовая прецессия - это нейрофизиологический процесс, при котором время срабатывания потенциалов действия отдельными нейронами наступает все раньше по отношению к фазе в потенциала локального поля колебаний каждом последующем цикле. Считается, что в клетках места (типе нейронов, обнаруженных в гиппокампальной области мозга ) фаз прецессия играет важную роль в нейронном кодировании информации. Джон О'Киф , который позже получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2014 года за открытие того, что клетки места помогают формировать «карту» положения тела в пространстве, вместе с Майклом Рекче открыл фазовую прецессию в 1993 году. [1] [2]

Разместить ячейки

[ редактировать ]

Пирамидные клетки гиппокампа, называемые клетками места, играют значительную роль в самолокации при движении на короткие расстояния. [3] Когда крыса движется по пути, отдельные клетки места активируют потенциалы действия с повышенной скоростью в определенных положениях на пути, называемых «полями места». Максимальная скорость стрельбы каждой ячейки места – с потенциалами действия, возникающими быстрыми вспышками – происходит в позиции, закодированной этой клеткой; и эта ячейка срабатывает лишь изредка, когда животное находится в других местах. [4] На относительно небольшом пути одни и те же клетки неоднократно активируются , когда животное возвращается в одно и то же положение.

Хотя простое кодирование скорости (кодирование информации на основе того, срабатывают ли нейроны быстрее или медленнее), возникающее в результате этих изменений частоты импульсов, может частично объяснять нейронное кодирование положения, важную роль также играет время действия. потенциалы ячейки одного места по отношению к активации соседних клеток в локальной популяции . [5] [6] Поскольку большая популяция клеток время от времени активируется, когда крыса находится за пределами полей отдельных ячеек, схемы возбуждения организованы так, что происходят синхронно, образуя волнообразные колебания напряжения . Эти колебания можно измерить с помощью локальных потенциалов поля и электроэнцефалографии (ЭЭГ). В области CA1 гиппокампа, где расположены клетки места, эти импульсы вызывают возникновение тета-волн . [7] Тета-колебания классически описывались у крыс, но появляются доказательства того, что они встречаются и у людей. [8]

В 1993 году О'Киф и Рекче обнаружили связь между тета-волной и паттернами возбуждения отдельных клеток места. [1] Хотя случайные потенциалы действия клеток, когда крысы находились за пределами полей места, возникали в фазе (на пиках) тета-волн, всплески более быстрых спайков, вызываемые, когда крысы достигали полей места, 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 возникал все раньше и раньше в пределах волнового цикла. В центре поля места, когда клетка срабатывала с максимальной скоростью, возбуждение было достаточно продвинутым, чтобы быть противофазным тета-потенциалу (в нижней части, а не на пике тета-волны). Затем, по мере того как крыса продолжала двигаться мимо поля места, а активность клеток замедлялась, потенциалы действия продолжали возникать все раньше и раньше по отношению к тета-волне, пока они снова не стали синхронными с волной, выровненными теперь с одним волновым пиком раньше, чем раньше. до. О'Киф и Рекче назвали это продвижение по отношению к волновой фазе «фазовой прецессией». Последующие исследования показали, что каждый раз, когда крыса заходила в совершенно другую область, поля мест менялись. переназначены , клетки места снова станут синхронизированными по фазе с тета-ритмом. [9] В настоящее время широко признано, что противофазное срабатывание клеток, возникающее в результате прецессии фазы, является важным компонентом кодирования информации о месте. [3] [5] [6] [7] [10]

Другие системы

[ редактировать ]
Диаграмма со стрелкой слева направо, отмеченной «1 секунда» внизу. В левом верхнем углу находятся три метки «Ячейка 1», «Ячейка 2» и «Ячейка 3» трех разных цветов, за каждой справа следует ряд отметок соответствующего цвета. Под делениями и над стрелкой находится волновая функция, показанная черной линией и помеченная как «тета LFP». На каждом пике волны LFP расположены тонкие вертикальные линии, а пространство между двумя из этих линий заштриховано синим цветом. Отметки для ячейки 1, как правило, располагаются левее отметок для ячейки 2, которые, в свою очередь, имеют тенденцию располагаться левее, чем отметки для ячейки 3, а отметки для всех трех ячеек располагаются последовательно все дальше и дальше влево между каждую последующую вертикальную линию.
Схема фазовой прецессии в трехместных ячейках . Крыса бегает слева направо, а срабатывание клеток (показанное в виде цветных делений) пространственно локализовано, при этом три поля места (представленные тремя цветами) перекрываются. потенциала локального поля Тета-ритм показан внизу черным цветом. Потенциалы действия каждой клетки возникают все раньше и раньше по отношению к тета-пику в каждом последующем цикле – это фазовая прецессия. Одним из следствий этого является то, что в пределах одного тета-цикла (например, прямоугольник, закрашенный синим цветом) клетки срабатывают в той же последовательности во времени, в какой их запуск организован в пространстве: таким образом преобразуется пространственный код во временной.

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

Прецессия фазы тета-волны в гиппокампе также играет роль в некоторых функциях мозга, не связанных с пространственным расположением. Когда крыс обучали прыгать до края коробки, клетки места демонстрировали фазовую прецессию так же, как и во время движения по траектории, но часть клеток места демонстрировала фазовую прецессию, которая была связана с инициацией прыжка, независимо от пространственных условий. местоположение, и не связанное с положением во время прыжка. [12]

Было высказано предположение, что прецессия фазы в энторинальной коре возникает в результате процесса сети аттракторов , так что два последовательных нейронных представления в пределах одного цикла тета-колебаний могут быть временно связаны друг с другом в гиппокампе в качестве эпизодических воспоминаний . [13]

  1. ^ Jump up to: а б О'Киф Дж., Рекче М.Л. (июль 1993 г.). «Фазовая связь между единицами места гиппокампа и тета-ритмом ЭЭГ». Гиппокамп . 3 (3): 317–30. дои : 10.1002/hipo.450030307 . ПМИД   8353611 . S2CID   6539236 .
  2. ^ «Нобелевская премия по физиологии и медицине 2014 года: Джон О'Киф – биографический» . Нобелевская премия . Архивировано из оригинала 29 сентября 2017 года . Проверено 27 января 2018 г.
  3. ^ Jump up to: а б Мозер Э.И., Кропфф Э., Мозер М.Б. (19 февраля 2008 г.). «Ячейки места, ячейки сетки и система пространственного представления мозга». Ежегодный обзор неврологии . 31 : 69–89. дои : 10.1146/annurev.neuro.31.061307.090723 . ПМИД   18284371 .
  4. ^ Бурес Дж., Фентон А.А., Каминский Ю., Зинюк Л. (январь 1997 г.). «Размещение ячеек и размещение навигации» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 94 (1): 343–50. Бибкод : 1997PNAS...94..343B . дои : 10.1073/pnas.94.1.343 . ЧВК   19339 . ПМИД   8990211 .
  5. ^ Jump up to: а б О'Киф Дж., Берджесс Н. (6 сентября 2005 г.). «Двойное фазовое и скоростное кодирование в клетках места гиппокампа: теоретическое значение и связь с клетками энторинальной решетки» . Гиппокамп . 15 (7): 853–66. дои : 10.1002/hipo.20115 . ПМЦ   2677681 . ПМИД   16145693 .
  6. ^ Jump up to: а б Берджесс Н., О'Киф Дж (1996). «Нейронные вычисления, лежащие в основе активации 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 . ПМИД   9034860 ​​. S2CID   3162072 .
  7. ^ Jump up to: а б Скэггс В.Е., Макнотон Б.Л., Уилсон М.А., Барнс, Калифорния (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 . ПМИД   8797016 . S2CID   15813385 .
  8. ^ Богбот В.Д., Копара М.С., Готман Дж., Экстром А.Д. (февраль 2017 г.). «Низкочастотные тета-колебания в гиппокампе человека во время реальной и виртуальной навигации» . Природные коммуникации . 8 : 14415. Бибкод : 2017NatCo...814415B . дои : 10.1038/ncomms14415 . ПМЦ   5316881 . ПМИД   28195129 .
  9. ^ Бозе А., Рекче М. (19 июня 2001 г.). «Фазовая прецессия и фазовая блокировка пирамидных клеток гиппокампа». Гиппокамп . 11 (3): 204–15. дои : 10.1002/hipo.1038 . ПМИД   11769305 . S2CID   14194416 .
  10. ^ Jump up to: а б с Бужаки Г (2006). Ритмы мозга . Издательство Оксфордского университета. стр. 308–26. ISBN  978-0195301069 . Архивировано из оригинала 26 февраля 2018 года.
  11. ^ Хафтинг Т., Фин М., Бонневи Т., Мозер М.Б., Мозер Э.И. (июнь 2008 г.). «Независимая от гиппокампа фазовая прецессия в клетках энторинальной решетки». Природа . 453 (7199): 1248–52. Бибкод : 2008Natur.453.1248H . дои : 10.1038/nature06957 . ПМИД   18480753 . S2CID   597353 .
  12. ^ Ленк-Сантини П.П., Фентон А.А., Мюллер Р.У. (июль 2008 г.). «Разрядные свойства нейронов гиппокампа при выполнении задачи уклонения от прыжка» . Журнал неврологии . 28 (27): 6773–86. doi : 10.1523/JNEUROSCI.5329-07.2008 . ПМК   2636898 . ПМИД   18596153 .
  13. ^ Ковач К.А. (сентябрь 2020 г.). «Эпизодические воспоминания: как гиппокамп и энторинальные кольцевые аттракторы взаимодействуют, создавая их?» . Границы системной нейронауки . 14:68 . дои : 10.3389/fnsys.2020.559186 . ПМЦ   7511719 . ПМИД   33013334 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 0a1bc5bbcf390200428af78cf5936812__1712269200
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/0a/12/0a1bc5bbcf390200428af78cf5936812.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Phase precession - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)