|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Функции гиппокампа в поиске скрытой целитезисы доклада
- Автор: Майоров В.И.
- Сборник: CAICS. Физио - 2020. Конференция Российского физиологического общества. Сборник РИНЦ. МАКИ
- Тезисы
- Год издания: 2020
- Аннотация: Нейроны гиппокампа регистрируют место, в котором находится животное («клетки места», “place-cells”). Гиппокамп как целое генерирует движение из произвольного положения к месту, которое определяется по памяти и представлено только координатами относительно удалённых от него объектов (Poucet et al. 2004). Существующие модели функционального механизма гиппокампа в навигации можно разделить на две группы. В градиентных моделях выбор направления производится непосредственно во время движения по градиенту синаптических связей (Ponulak and Hopfield 2013) или дофаминовому градиенту (Майоров 2018). Например, в модели Майоров 2018, когда животное во время случайного поиска в «водном лабиринте» Морриса находит безопасную платформу, от клеток активных на платформе, по когнитивной карте гиппокампа распространяется затухающая волна возбуждения (Ponulak and Hopfield 2013) клеток места. Активные клетки образуют связи с дофаминовыми нейронами среднего мозга в обратной зависимости от расстояния до цели. В следующей пробе животное выбирает маршрут в соответствии с дофаминовым градиентом на клетках места: возбуждение дофаминовых нейронов повышает двигательную активность животного в направлении скрытой цели.Высказывалось предположение (Erdem and Hasselmo 2012, Burak 2014), что траектория движения может исследоваться и выбираться заранее, если активность «клеток направления» (“head direction cells”) функционально сопряжена с активностью клеток места так, чтобы вызывать предварительную активацию (“preplay”) той последовательности клеток места, в которой они бы возбуждались при движении в данном направлении. Однако конкретный физиологический механизм такого сопряжения остаётся неопределённым.На примере простой нейронной сети с рекуррентными связями в работе показано, как условный сигнал от клеток направления приобретает способность активировать ту последовательность нейронов (клеток места), с которой он ассоциировался в прошлом опыте (“replay”). Нейроны модели связаны между собой глутаматными синапсами с высокой концентрацией и долей NMDA-рецепторов и тормозными синапсами. Возбуждающие связи локализованы и оканчиваются на разных дендритных ветках. Условный сигнал направления действует на все нейроны через относительно слабые глутаматные связи только с AMPA-рецепторами в окончаниях. Матрица весов связей направляющего сигнала структурно идентична матрице рекуррентных межнейронных связей так, что каждому коллатеральному синапсу на дендритной ветке соответствует расположенный рядом синапс сигнала направления. AMPA-компонент коллатеральных связей характеризуется двунаправленной NMDA- и потенциал- зависимой пластичностью. При активации NMDA-рецепторов глутаматом эффективность активных AMPA-связей изменяется в соответствии с U-образной зависимостью от величины постсинаптического потенциала. NMDA-компонент остаётся постоянным. Если, допустим, нейрон A возбуждает нейрон B и гаснет из-за развития торможения, следовая активация NMDA рецепторов в дендритном поле Ba и деполяризация нейрона B создают условия для усиления связей A⟶ Ba. Связи B⟶Ab наоборот ослабляются из-за реципрокного торможения нейрона А при возбуждении B. Эти изменения взаимно уничтожаются, когда фокус возбуждения распространяется в противоположном направлении и не могут использоваться для одновременного хранения многих последовательностей. Сохранение траекторий основано на локальной ассоциативной пластичности (Mehta 2004, Larson and Munkácsy 2015) синапсов клеток направления на клетках места. Под ассоциативностью понимается усиление эффективности слабых связей, неспособных к самостоятельным изменениям, при совместной активации с более сильными связями. Здесь предполагается, что синапсы направляющих связей не имеют собственных NMDA-рецепторов. Активные направляющие связи усиливаются вместе – одновременно и однонаправлено, с коллатеральными, которые оканчиваются в непосредственной близости на той же дендритной ветке. На каждом шаге изменения матрицы направляющих связей функционально эквиваленты изменениям матрицы рекуррентных связей. Но в отсутствии «своего» сигнала направляющие связи не меняются при перемене направления распространения волны возбуждения.Допустим, что в присутствии сигнала направления (далее h-сигнал) нейроны случайно возбуждаются в последовательности ABCD. Когда нейрон В возбуждает нейрон С и гаснет (из-за развития торможения), следовая активация NMDA рецепторов в дендритном поле Cb и деполяризация нейрона С создают условия для усиления направляющих AMPA связей (+h⟶Cb). Связи h⟶Bc наоборот ослабляются из-за реципрокного торможения нейрона B при возбуждении C. Структура изменения всех связей будет выглядеть так: +h⟶Ba, +h⟶Cb, +h⟶Dc; –h⟶Ab, –h⟶Bc, –h⟶Cd. При следующем включении, h-сигнал будет вызывать возбуждение нейронов в той же последовательности. Например, вслед за случайным возбуждением нейрона C должно последовать возбуждение D, а не B, потому что (h⟶Dc)>(h⟶Bc) и (h⟶Dc)>(h⟶Ba) из-за нелинейного усиления синаптического тока при совместной активации AMPA (h) и NMDA (Dc) рецепторов. (Окончания коллатералей из C на дендритной ветке Bc не совпадают с окончаниями потенцированных направляющих h⟶Ba). В результате УС приобретает способность потенциировать проводимость NMDA-каналов («в пределе» генерировать NMDA спайки) рекуррентных связей в ассоциированой последовательности. Разные УС становятся указателями на разные последовательности.Как этот механизм помогает найти скрытую мишень в «водном лабиринте Морриса»? Когда крыса в обучающей пробе в хорошо знакомом бассейне находит скрытую платформу, формируется ассоциация между клетками места в гиппокампе и дофаминовыми нейронами среднего мозга. Если в тестовом испытании сигнал направления головы (в аллоцентрических координатах) активирует последовательность клеток места на карте, достигающую платформы, «клетки платформы» активируют дофаминовые нейроны, а те движение в соответствии с направлением головы.
- Добавил в систему: Майоров Владимир Иванович