Ludwig Maximilian University of Munich neurobiologer presenterar en ny teori för ursprunget till rutnätcellerna som krävs för rumslig orientering i däggdjurshjärnan, som tilldelar en viktig roll tidpunkten för tåg av signaler de tar emot från neuroner som kallas platsceller.

Nervceller i hjärnan kallas platsceller och rutnätceller, respektive, spela en avgörande roll för rumslig navigering hos däggdjur. Individuella platsceller i hippocampus svarar på endast några få rumsliga platser. Nätcellerna i entorhinalkomplexet, å andra sidan, eld vid flera positioner i miljön, så att specifika uppsättningar aktiveras i följd när ett djur passerar dess livsmiljö. Dessa aktiveringsmönster ger upphov till en virtuell karta, består av ett sexkantigt arrangemang av rutnätceller som återspeglar de relativa avstånden mellan särskilda landmärken i den verkliga världen. Hjärnan kan därför konstruera en virtuell karta som kodar sin egen position i rymden.

Nobelpriset för medicin och fysiologi 2015 gick till upptäckarna av detta system, som har kallats hjärnans GPS. Dock, utvecklingsförhållandet mellan platsceller och rutnätceller, såväl som ursprungsmekanismen för rutnätceller och deras placering i sexkantiga galler är fortfarande oklart. Nu har LMU -neurobiologer professor Christian Leibold och hans kollega Mauro Miguel Monsalve Mercado föreslagit en ny teoretisk modell, som för första gången ger en trolig modell baserad på kända biologiska processer. Modellen innebär att utvecklingen av rutnätceller och deras svarsfält beror på synaptisk inmatning från platsceller. De nya fynden beskrivs i tidskriften Fysiska granskningsbrev .

Författarna till det nya papperet tilldelar en central roll i sin modell korrelationer i tidpunkten för de neuronala svarsekvenserna som genereras av olika platsceller. Medlemmarna i dessa grupper blir aktiva när djuret når vissa platser i rymden, och de överför nervimpulser i exakt koordinerade tidsmässiga sekvenser, som följer ett särskilt rytmiskt mönster, och därigenom koda relativa rumsliga avstånd. Leibold och Monsalve Mercado har använt en klassisk neuronal inlärningsregel, känd som Hebbs regel, för att analysera de tidsmässiga korrelationerna mellan platscellernas eldsmönster och rutnätcellernas organisation. Hebbs regel säger att upprepad aktivering av två funktionellt kopplade neuroner i snabb följd successivt förbättrar effektiviteten av synaptisk överföring mellan dem. Genom att tillämpa detta koncept av aktivitetsberoende synaptisk plasticitet på de korrelerade tidsmässiga avfyrningsmönstren för platsceller, författarna kan redogöra för bildandet av de sexkantiga dispositionerna hos rutnätceller observerade hos fritt navigerande däggdjur.

"De modeller som hittills föreslogs att förklara utvecklingen av rutnätceller på grundval av inmatning från platsceller var ospecifika om de preciser som ligger till grund för biologiska mekanismer. Vi har nu, för första gången, kunnat konstruera en sammanhängande modell för ursprunget till nätceller som använder kända biologiska mekanismer, "säger Christian Leibold. Den nya modellen innebär att rutnätceller genereras av en neuronal inlärningsprocess. Denna process utnyttjar synaptisk plasticitet för att omvandla tidsmässigt samordnad signalering mellan platsceller till de sexkantiga mönstren för rutnätcellens reponer som observerats i entorhinalkomplexet. Modellen förutspår därför att rutnätcellerna först skulle uppstå i de djupa skikten i entorhinal cortex.