Mit kódolnak a rácssejtek?

Egy új kutatás szerint a rácssejtek tevékenysége a tér jutalmazott pontjait is kódolja.

Az ún. rácssejtek a halántéklebenyt borító agykéreg egyik részén, egész pontosan a középső entorhinális területen helyezkednek el. A nevüket arról kapták, hogy amikor a sejtek tüzelését összevetik az állat által bejárt útvonallal, egy rácsháló rajzolódik ki, melynek pontjai nagyjából azonos távolságban vannak egymástól. Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy az egyes rácssejtek tüzelési frekvenciája akkor növekszik meg jelentősen, amikor az állat ennek a képzeletbeli rácsnak egy metszéspontjában helyezkedik el. Ahogy távolodik egy ilyen ponttól lecsökken a tüzelési frekvencia, majd egy újabbhoz közeledve megint megnövekszik. Úgy tűnik tehát, hogy a rácssejtek a tér valós geometriai viszonyait kódolhatják (ezt egészítik ki az ún. hippokampális helysejtek: ezek a konkrét helyszíneket reprezentálják).

gridcell
Egy rácssejt tüzelési sajátosságai: a fekete vonal a kísérleti állat által bejárt útvonalat jelzi, a piros pöttyök pedig a sejt aktivációjára utalnak (Forrás: Moser és mtsai., 2015 – CSH Perspectives).

Ezt a rácshálót a rácssejt receptív mezőjének nevezhetjük (a receptív mező a fizikai világ egy olyan szelete, amire egy adott idegsejt a normális tevékenységétől jelentősen eltérő aktivitási mintázattal reagál). A rácssejtek receptív mezőjének pontjai közti távolságokat sokáig állandó méretűnek tartották, így az volt a domináns vélekedés, hogy a különböző helyszínek méretét és pontjai közti távolságot egységes módon reprezentálják az agyban ezek a neuronok. Néhány újabb vizsgálat azonban rávilágított arra, hogy ezek a receptív mezők nem minden esetben egyformák. Két friss kutatás szerint például a tápláléklelőhelyek eltorzítják a rácssejtek receptív mezőit, sőt akár a sejtek tüzelési frekvenciáját is befolyásolhatják.

Egy amerikai kutatócsoport patkányok rácssejtjeinek aktivitását monitorozta elektródák segítségével, miközben azok különböző tereket jártak be. Az első környezetben élelmet szórtak szét az állatok számára, míg a másodikban egy hangjelzéssel indikálták a táplálék érkezését, amit aztán mindig a ketrec egyik meghatározott pontján helyeztek el. A rácssejtek tüzelési mintázatai jelentősen eltértek a két környezetben: a második ketrecben, ahol csak egy ponton juthattak táplálékhoz, a rácssejtek receptív mezői valamivel sűrűbbek voltak az adott pont körül, ráadásul a sejtek tüzelési frekvenciája annál magasabb volt, minél közelebb volt a jutalmazott pont.

A másik új tanulmányt egy európai kutatócsoport végezte, melyet a magyar idegtudós, Csicsvári József vezetett. A kutatók több napon keresztül rögzítették a kísérleti állataik középső entorhinális kérgi sejtjeinek aktivitását, miközben azok egy speciális felületet jártak be. A felületen számos kis mélyedés volt, amelyek minden nap az első bejárás alkalmával üresek voltak, viszont a következő alkalommal már három különböző mélyedésbe is táplálék került. Végül még egyszer visszakerültek a helyszínre, de ekkor újra üresen találták az összes mélyedést.

cheeseboard.jpg
A vizsgálatokhoz használt eszköz, melyet „sajttáblának” is neveznek, a felületén lévő gödrök miatt (Forrás: viewpoint.fr).

A rácssejtek aktivitásának elemzése szerint a táplálékot tartalmazó mélyedések közelében a rácssejtek receptív mezője eltolódott, a háló pontjai besűrűsödtek, illetve ezeken a pontokon a sejtek tüzelési frekvenciája is fokozódott. A kutatók azt is kimutatták, hogy a rácssejtek receptív mezőinek megváltozása a következő napra is kitartott, a tüzelési frekvencia fokozódása pedig korrelált a emlékezet viselkedéses megnyilvánulásával: minél magasabb volt a tüzelési frekvencia, annál gyorsabban közelítették meg az adott pontot a harmadik bejárás során az állatok.

Összességében tehát ezek a tanulmányok megerősítik azt a gyanút, hogy a rácssejtek nem minden esetben egységesen kódolják a környezet térbeli viszonyait, hanem például a jutalmazott térrészek fokozott jelentősége is beépül a kódba, méghozzá a rácsháló pontjainak eltolódása és a tüzelési frekvencia fokozódása révén. Az eredmények arra is rámutatnak, hogy a rácssejtek működése az emlékezeti teljesítménnyel is korrelál, vagyis az emlékezeti folyamatokban is szerepük lehet ezeknek a neuronoknak. Ebből is látszik, hogy a már jobban ismert idegrendszeri jelenségek is számtalan titkot rejthetnek még.

Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2019/29. számában jelent meg.

Források:

https://www.nature.com/articles/s41583-019-0170-0

https://science.sciencemag.org/content/363/6434/1447

https://science.sciencemag.org/content/363/6434/1443

https://cshperspectives.cshlp.org/content/7/2/a021808.short