Odkryto nowy kod neuronalny w hipokampie odpowiedzialny za pomiar przebytego dystansu

Naukowcy zidentyfikowali wcześniej nieznany mechanizm, za pomocą którego mózg mierzy pokonany dystans. Mechanizm ten opiera się na stopniowej zmianie aktywności elektrycznej neuronów. Proces ten, określany mianem integracji drogi, ma kluczowe znaczenie, ponieważ jego zaburzenia często pojawiają się na wczesnych etapach chorób takich jak choroba Alzheimera, prowadząc do dezorientacji u pacjentów.

Zespół badawczy z Instytutu Nauk o Mózgu im. Maxa Plancka na Florydzie (MPFI), zlokalizowanego w Jupiter na Florydzie, przeprowadził eksperymenty na myszach. Zwierzęta te były szkolone w środowisku wirtualnym, pozbawionym zewnętrznych punktów orientacyjnych. Wymagało to od nich polegania wyłącznie na własnych odczuciach ruchowych w celu precyzyjnego oszacowania przebytej odległości. W badaniu, w którym uczestniczyli doktorant Raphael Heldmann oraz starszy autor i kierownik grupy badawczej, Xue-Lian Wang, rejestrowano sygnały elektryczne tysięcy neuronów w hipokampie – obszarze mózgu znanym z obecności tak zwanych „komórek miejsca”.

Analiza danych ujawniła, że większość neuronów nie kodowała ani konkretnej lokalizacji, ani momentu w czasie. Zamiast tego wykazywały jeden z dwóch przeciwstawnych wzorców aktywności narastającej, które były bezpośrednio powiązane z przebytym dystansem. Jedna populacja neuronów rozpoczynała od wysokiej częstości wyładowań, która stopniowo malała w miarę poruszania się myszy. Druga grupa wykazywała dynamikę odwrotną, powoli zwiększając swoją aktywność wraz ze wzrostem pokonanej drogi. Te dwa rodzaje aktywności narastającej tworzą kod dwufazowy: szybka zmiana początkowa sygnalizuje rozpoczęcie ruchu, po której następuje wolniejszy gradient służący do zliczania przebytego dystansu.

Waga tego mechanizmu została potwierdzona, gdy badacze użyli optogenetyki do zakłócenia działania tych obwodów neuronalnych. Skutkowało to znaczącym upośledzeniem zdolności myszy do dokładnej oceny odległości. Publikacja, datowana na koniec 2025 roku, doprecyzowała składowe komórkowe: interneurony wykazujące ekspresję somatostatyny (SST) wpływają na pierwszą grupę neuronów narastających, podczas gdy interneurony wykazujące ekspresję parwalbuminy (PV) modulują grupę drugą.

Zrozumienie podstawowych mechanizmów nawigacji przestrzennej ma fundamentalne znaczenie, ponieważ obniżenie funkcji integracji drogi często stanowi jeden z najwcześniejszych wskaźników choroby Alzheimera. Instytut Maxa Plancka na Florydzie, będący pierwszą i jedyną placówką Towarzystwa Maxa Plancka w Ameryce Północnej, nieustannie zgłębia strukturę i funkcje obwodów nerwowych. Przyszłe wysiłki zespołu skupią się na szczegółowym badaniu powstawania tych narastających wzorców, co może dostarczyć pełniejszego wyjaśnienia transformacji chwilowego doświadczenia w trwałą pamięć.