UHRs 50 års jubileum, 13. november, 2007. SFF og oppdagelsen av stedssans og hukommelsesmekanismer. Professor May-Britt Moser



Like dokumenter
Hjernens bygning og funksjon: Hvordan finner vi fram og hvordan husker vi?

Finansiering av forskning

Om selvbiografisk hukommelse og erindringer: betydning for en personlig identitet

NYTT FRA UNDOMSHJERNEN

Fysisk aktivitet. Fysisk aktivitet. Mekanismene. Effekt av fysisk aktivitet på hjernen. Mekanismene

Hjernens plastisitet - hvorfor er det lettere å endre koblinger i hjernen tidlig i livet?

NTNU-forskere fikk Nobelprisen for sin hjerneforskning

Hvordan kan vi optimalisere hjernens funksjon?

Slope-Intercept Formula

Heftet er skrevet og utgitt av For Fangers Pårørende (FFP) Illustrasjoner: Darling Clementine Layout: Fjeldheim & Partners AS

Skeivfordeling av kjønn i toppforskning: hva kan vi gjøre?

Barn og traumer. Senter for krisepsykologi i Bergen. Ma-strau@online.no. Marianne Straume Senter for Krisepsykologi 2008

AMS-case forts. Eksemplifisering av modellbasert. tilnærming til design av brukergrensesnitt

Spøkelsesjakten. Introduksjon

Nedsatt kognitiv funksjon

KURS FOR BARN Hvor tar minnene veien

Skal man fortsatt opprettholde skillet mellom positiv og negativ forsterkning

Climate change and adaptation: Linking. stakeholder engagement- a case study from

Kommunikasjon med personer med demens hvorfor blir det så vanskelig?

Logistisk regresjon 2

Level Set methods. Sandra Allaart-Bruin. Level Set methods p.1/24

KROPPEN LEDER STRØM. Sett en finger på hvert av kontaktpunktene på modellen. Da får du et lydsignal.

Intranett: Hvordan komme i gang

BarneBlikk Traumebevisst BUP. Barnepsykolog Heine Steinkopf Barnepsykolog Anette Andersen RVTS sør

MAT1140: Kort sammendrag av grafteorien

HONSEL process monitoring

Contingent Liabilities in Norwegian Local Government Accounting. Redress Programs Relating to Institutional Child Abuse

Husk at du skal ha to vinduer åpne. Det ene er 'Python Shell' og det andre er for å skrive kode i.

Tor Fretheim. Kjære Miss Nina Simone

Neural Network. Sensors Sorter

Oppgave 1a Definer følgende begreper: Nøkkel, supernøkkel og funksjonell avhengighet.

Kokeboka, oppskriften og kirsebærpaien

En eksplosjon av følelser Del 2 Av Ole Johannes Ferkingstad

Cannabis og kognitive effekter

Søvnvansker. Psykolog Stian Midtgård

PSi Apollo. Technical Presentation

Andrespråksutvikling i barnehagen Sonja Kibsgaard

Bærekraftig FM til tiden/ Bærekraftig FM på tid

Unit Relational Algebra 1 1. Relational Algebra 1. Unit 3.3

Baltic Sea Region CCS Forum. Nordic energy cooperation perspectives

Redd verden. Steg 1: Legg til Ronny og søppelet. Sjekkliste. Introduksjon

SNAPSHOT. Et bilde viser kun det Positive, aldri det Negative. Andre versjon. Skrevet av Jonas B. Ingebretsen

Benedicte Meyer Kroneberg. Hvis noen ser meg nå

5 E Lesson: Solving Monohybrid Punnett Squares with Coding

Cannabis/Cannabinoider og hjernen. Fred Rune Rahm

The agency for brain development

2014 Bjerknes, Tale Litlere; Moser, Edvard Ingjald; Moser, May-Britt.

case forts. Alternativ 1 Alternativer Sammensetning Objekt-interaktor med valg

Effektivitet og kreativitet: Vanskelig å kombinere, men helt nødvendig for innovasjon. Eric Brun, UiS

Hvordan føre reiseregninger i Unit4 Business World Forfatter:

September og høsten er her med bær, sopp og en fargerik fauna. Selv om vi går inn i en årstid med kaldere temperaturer kan vi se tilbake på August

17. desember 2015 kl December 2015 at (CET) 4. FORSLAG OM ENDRING AV VEDTEKTENE 5 4 PROPOSAL FOR CHANGE OF ARTICLES OF ASSOCIATIONS 5

Cannabis og kognitive effekter

2-Port transmisjons målinger for Anritsu RF og mikrobølge håndholdte instrumenter

Zippys venner Partnership for Children. Med enerett.

GEOV219. Hvilket semester er du på? Hva er ditt kjønn? Er du...? Er du...? - Annet postbachelor phd

ELE610 Prosjekter i robotteknikk, vår 2017.

EN Skriving for kommunikasjon og tenkning

Nasjonale prøver. Lesing 5. trinn Eksempeloppgave 1. Bokmål

Sammensatte Forsterkningsskjemaer

Disposisjon. Noen fakta om hjernen KROSS 2014 Kompetanse om Rehabilitering Om Syn og Slag. KFAmthor VVHF 1

Introduksjon til Telltur

Generalization of age-structured models in theory and practice

Fra våre forskningsresultater skal det nå gjøres flere vitenskapelige artikler. Derfor er det nå kun et lite sammendrag som blir offentliggjort.


Pedagogisk tilbakeblikk Sverdet september 2013

Kristen homofil Av Ole Johannes Ferkingstad

UKE 2 Forstå bruk/ datainnsamling. Plenum IN1050 Julie og Maria

NEI TAKK CANNABIS HASJ - MARIHUANA - HASJOLJE

Dagens tema: 12 gode råd for en kompilatorskriver. Sjekking av navn. Lagring av navn. Hvordan finne et navn?

Forelesning basert på interteaching om grunnleggende forsterkningsskjemaer MALKA212

Forelesning basert på interteaching om grunnleggende forsterkningsskjemaer MALKA212

Avhengighet *l rusmidler

Designprosessen som innovasjonsverktøy. Case: Tilgjengelig emballasje

11. Produktet har vært testet og klassesertifisert til EN957 under klasse HB. Trimsykkelen er kun til hjemmebruk. Maksimumsvekt på bruker er 100 kg.

BRUKSANVISNING. Bucket Blast Spill- og aktivitetssett. Inneholder:

Ny ILAE klassifikasjon av anfall

Skilpaddefraktaler Erfaren Python PDF

«Changingplaces and spaces in the kindergarden»

Labyrint Introduksjon Scratch Lærerveiledning. Steg 1: Hvordan styre figurer med piltastene

Tall og algebra Matematikk Side 1 av 6

UNIVERSITETET I OSLO

Samarbeid, arbeidsdeling og konsentrasjon (SAK) knyttet til instituttsektoren og UoH - sektoren. Tore Nepstad og Ole Arve Misund

Satellite Stereo Imagery. Synthetic Aperture Radar. Johnson et al., Geosphere (2014)

Gullstjerna. Refleksjoner og noen tanker videre. Mars 2014

Gips gir planetene litt tekstur

Hvorfor får elevene problemer med tekstoppgaver? Hva kan vi gjøre for at elevene skal mestre tekstoppgaver bedre?

Det nevrobiologiske grunnlaget for motivasjon og målrettet atferd

Hva er demens? I denne brosjyren kan du lese mer om:

HVORDAN SKRIVE EN GOD SØKNAD OM

TDT4102 Prosedyre og Objektorientert programmering Vår 2014

Improving Customer Relationships

Opportunistiske forskere og utålmodige industripartnere? Om forskning og innovasjon i FMEene. 28. oktober 2014 Roger Sørheim

Vurdering FOR læring - tilbakemeldinger og bevis på læring

1 Øvelse Dynamic Mercy 1 Exercise Dynamic Mercy

Roudi, Yasser; Moser, Edvard Ingjald. Grid cells in an inhibitory network. Nature Neuroscience 2014 ;Volum 17.(5) s NTNU

EKSAMENSOPPGAVE I BI2034 Samfunnsøkologi EXAMINATION IN: BI Community ecology

Forskning i det integrerte universitetssykehuset. Bjørn Gustafsson, forskningsdekan Petter Aadahl, Forskningsdirektør

Transkript:

UHRs 50 års jubileum, 13. november, 2007 SFF og oppdagelsen av stedssans og hukommelsesmekanismer Professor May-Britt Moser

Kvinne gikk seg bort - utløste leteaksjon En kvinne i 50-årene ble meldt savnet etter at hun kom bort fra turfølget sitt på Dalemsfjellet i Hemne. I kveld ble hun funnet i god behold. Tekst: ERLEND HANSEN JUVIK og MIA KRISTIN MIDTBØ Publisert 03.06.2007 Kvinnen var på tur i følge med andre, og målet for turen var å nå toppen på Dalemsfjellet i Hemne. På tur ned skulle kvinnen gå i forveien, men da resten av turfølget kom til parkeringsplassen ved 15.30-tiden, var ikke kvinnen kommet. Lokalt politi samarbeidet med Sør-Trøndelag Røde Kors og det lokale Røde Kors-laget om en leteaksjon. Klokken 19.48 traff en tilfeldig forbipasserende kvinnen, og hun var i god behold. Dette var ved skytebanen og skisenteret, et par kilometer fra Stølan.. - Hun hadde mistet stedssansen og gått seg bort, forteller operasjonsleder ved Sør-Trøndelag politidistrikt, Jomar Sjøhagen.

Hvordan finner vi veien fra A til B? Trondheim Hvordan beregnes egenposisjon i hjernen? Oslo Hvordan oppdateres stedskoden under bevegelse? Hvordan lagres stedsminner i hjernen?

To grunnleggende navigasjonsmetoder: 1. Landemerke-basert geometrisk navigasjon (i) unøyaktig

(ii) ubrukelig når landemerkene forsvinner

2. Metrisk navigasjon basert på egenbevegelse (path integration) Hvordan er disse funksjonene lokalisert i hjernen og hvordan oppstår de?

Hva er det fysiske grunnlaget for stedsans? ca. 1.4 kg Hjernen består ca.100 milliarder nerveceller (100 000 000 000); samme antall som trær i regnskogen i Amazonas! Hver celle snakker med ca. 10 000 andre celler

Hvilke områder i hjernen er involvert i navigasjon? Komplekse hjernefunksjoner har som regel en spredt lokalisering Er det mulig å finne nåla i høystakken?

I hjernen snakker cellene sammen ved å sende elektriske pulser over kjemiske synapser: Kan vi lytte til disse signalene?

Mediale temporallapp Hippocampus = sjøhest Menneske hippocampus Rotte hippocampus

Den mediale temporallappen inneholder 3 celletyper av betydning for stedskoding og -hukommelse 1971: Steds-celler i hippocampus (O Keefe & Dystrovsky)

Target location in dorsal CA3 Cell 1 Cell 2 Cell 3 Forskjellige stedsceller har forskjellige aktive områder

1984: (Hode)retningsceller i presubiculum (Ranck et al.) Taube et al., 1990

Retningsceller med NØ-preferanse

Stedsceller (hippocampus) og hoderetningsceller (presubiculum) kommuniserer med entorhinal cortex celler; vi vil registrere elektrisk aktivitet i entorhinal cortex! dorsolateral N D V intermediate ventromedial Entorhinal cortex: grensesnitt mellom stedsceller og retningsceller Fyhn et al. (2004). Science 305:1295-1298

2005: Gitterceller (gridceller) i entorhinal cortex Aktive overalt?

Grid/gitter-celler i entorhinal cortex mange aktivitetsfelt! Et koordinatsystem (x, y) for navigering?

Grid (gitter) celler i mediale entorhinal cortex Sti- og aktivitetskart Ratekart Autokorrelasjon Et koordinatsystem (x, y) for navigering? Hafting et al. (2005). Nature 436:801-806

Hvordan er det kartet av gitterceller organisert? Den spatiale fasen eller plasseringen av gitteret i rommet er tilsynelatende tilfeldig Hafting et al. (2005). Nature 43 Denne organiseringen gjør at hele miljøet er representert på hvert eneste sted i entorhinal cortex

følgelig kan rottas posisjon rekonstrueres fortløpende fra et fåtall gitterceller: + = posisjon Blått: sannsynlighetsfordeling Grønn: kontroll Åtte gridceller er nok for å regne ut hvor rotta er!

Fant stedsansen - i Trondheim Kartene som tegnes i forsøksrottenes hjerner, er så nøyaktige at forskerne ved NTNU i Trondheim kan lese hvor rotten har vært. LARS KLUGE Rotte med elektrode innoperert i hjernen. FOTO: DAG GRUNDSETH Fakta FOTO: DAG GRUNDSETH Hjernens koordinatsystem hjernens mekanismer for å beregne hvor vi er (GPS) Hafting et al. (2005). Nature 436:801-806 Men er det ikke mange mulige posisjoner for hver gitterkombinasjon?

Mulig løsning på ambiguitetsproblemet: Har gridene kun én størrelse på maskevidden?

sti rate autokorr Gridstørrelsen øker fra dorsalt til ventralt i entorhinal cortex 900 m Oppløsningen blir dårligere! Hafting et al. (2005). Nature 436:801-806

Gridceller med kun ett aktivitetsfelt? Fyhn et al. (2004). Science 305:1295-1298

Helt ventralt: ikke noe gitter lenger eller megastore aktivitetsfelter? Fyhn et al. (2004). Science 5:1295-1298

Vi trenger store testmiljøer: Gridcelleaktivitet på en 18 m lang løpebane

Klarer rottene å springe 18 m?

Ole Jensen, 2006; McNaughton et al., Nature Neurosci. 2006 Solstad et al. (2006). Hippocampus 16:1026-1031 Stedsceller i hippocampus kan dannes av aktive gitterceller med ulik maskestørrelse ved linjær summering (a Fourier transform) I 1-D: I 2-D: Periodiske aktivitetsfelt: Enkelt aktivitetsfelt

Hvordan bidrar gitterceller til spatial navigering?

Gitter-celler kan være del av en universell mekanisme for å beregne sted basert på egenbevegelse I. Gitteret forsvinner ikke når landemerkene fjernes Hafting et al. (2005). Nature 436:801-

Hafting et al. (2005). Nature 436:801-806 II. Gitteret uttrykkes momentant i nye miljøer dvs. representasjonen kan opprettholdes uten landemerker, sannsynligvis på grunnlag av egenbevegelse.

Men fase og orientering kontrolleres av landemerker Gitteret roterer med eksterne landemerker Hafting et al. (2005). Nature 436:801-806

Gitterceller sameksisterer med (hode)retningsceller Gitter-celler dominerer i lag II av MEC. I lag III-VI sameksisterer de med hoderetnings-celler Sargolini et al. (2005). Science 31

og celler med samtidige gitter- og hoderetnings-egenskaper (konjunktive celler) Layer III I tillegg er disse cellene sensitive for dyrets hastighet Sargolini et al. (2005). Science 312:7

Det at celler responderer på kombinasjoner av posisjon, retning og hastighet impliserer en mulig mekanisme for translasjon av stedsrepresentasjonen under bevegelse Kontinuerlig attractor nettverk av grid-celler McNaughton, Battaglia, Jensen, Moser and Moser, Nature Reviews Neuroscience, 2006

Hippocampus og hukommelse

Hukommelsessvikt: HUSKER IKKE: Den engang så lynskarpe Margareth Thatcher har svært dårlig helse, besvimer og lider av alzheimer, forteller datteren Carol. Akkurat som med USAs ekspresident Ronald Reagan: Den preger henne mer og mer. Tidligere statsminister i Storbritannia, Margaret Thatcher (80), lider av Alzheimers sykdom - Hun leser ikke mye, på grunn av hukommelsessvikten. Det er poengløst. Hun kan ikke huske begynnelsen av en setning idet hun når slutten. Hun plukker opp små biter av nyhetene, sier Carol. - Veldig rart - Hukommelsestapet er veldig rart, fordi hennes erindring om hendelser som ligger tilbake i tid, er veldig skarpt, forteller datteren i intervjuet. (VG; Av Marianne Johansen; Foto: AP Foto: AFP )

Hukommelsen er mangfoldig: Læring/hukommelse Eksplisitt/ Bevisst Implisitt/ Ubevisst Semantisk Episodisk Ferdighetslæring Priming Betinging Non-Assosiativ læring Motorisk Perseptuell Kognitiv Perseptuell Semantisk Klassisk Operant Sensitivering Habituering

Bevisst hukommelse: avhengig av hippocampus

I 1950-årene mista H.M. hukommelsen sin etter at han måtte operere bort hippocampus H.M. Intakt hjerne

Hippocampusskade ødelegger eksplisitt (bevisst) hukommelse: R.B.

Ingen hukommelse for kompliserte bilder etter hippocampusskade: Rey Osterrieth Complex Figur Kopi 15 min senere

Hukommelse er lagret i komplekse nevrale nettverk Innkoding og lagring: Uthenting av minner:

De siste 10 åra har vi forsøkt å finne ut hvorfor er hippocampus så viktig for hukommelsen Hippocampus er hjernen i hjernen informasjon fra hele hjernebarken møtes og kobles sammen

Hukommelsen og gjenhenting av minner foregår ved at minnet rekonstrueres ( BIT for BIT ) Vi vet nå en del om mekanismene for denne puslespill-prosessen

Hukommelse ligger i synapsene (koblingspunktene) mellom nervecellene: 1) det blir flere av dem og 2) de blir mer effektive

Hvordan dannes cellegruppene hvordan blir minner støpt inn i hippocampus-nettverket? Innkoding og lagring: Uthenting av minner: økt synaptisk effektivitet

Styrking av synapsene (LTP) settes i gang ved at en bestemt kanal i cellemembranen slipper inn calcium

Hvorfor er noen minner lettere å hente fram enn andre?

Hjernen har sitt eget aktiveringssystem som forsterker innlæringsmekanismene i kritiske situasjoner Når aktiveringssystemet skrus på styrkes dannelsen av nye koblinger / cellegrupper dopamin noradrenalin serotonin acetylcholin

Hvordan skiller hjernen mellom like minner? Kristins fødselsdag i 2006 Kristins fødselsdag i 2007 For å unngå sammenblanding (interferens) benytter hjernen en smart metode: Minnene blir kodet i ulike grupper (nettverk) av nerveceller

Two independent remapping schemes can be dissociated in the hippocampus: Global remapping (rate and location) Rate remapping Place cells can alternate between multiple discrete representations (remapping) in response to minor changes in sensory or motivational input v remapping in hippocampal place cells is an example of neuronal pattern separation: Leutgeb S et al. (2005). Science 309, 619-623.

Er remapping nedarvet fra gittercellene?

Endret gittercellene fyringsaktiviteten når hippocampuscellene viste global remapping? Forskjellige bokser Forskjellige rom

Global remapping i hippocampus var assosiert med et koherent skifte av det entorhinal kartet Δy Δx Krysskorrelasjonskart for par av trials der individuelle celler ble registrert samtidig Fyhn et al. (2007). Nature 446:190-194.

Alle de 7 rottene viste koherent forflytning av det entorhinale kartet. Forflytningen kunne være så mye som ½ av gridsyklusen: Fyhn et al. (2007). Nature 446:190-194. Dvs., global-remappings oppgaver omankrer the grid-celle kartet

Koherensen mellom grid kartene i to forskjellige rom ble gjenopprettet etter at kartene ble både forskjøvet og roterte Example of map coherence after successive steps of rotation in one experiment: 1 m Fyhn et al. (2007). Nature 446:190-194.

Igjen, forskyvning i alle 7 rottene Forskyvning med optimal rotasjon: Så, under begge formser for global remapping er den indre strukturen til kartet bevart, dvs. at et enkelt kart ser ut til å benyttes i alle miljøer Fyhn et al. (2007). Nature 446:190-194.

Rate remapping fikk vi i hippocampus ved å bytte på fargen på veggene i boksen Hvordan representerte entorhinal cortex disse to miljøene? Fyhn et al. (2007). Nature 446:190-194.

Rate remapping: Gridceller holder seg på plass MEC: CA3: Fyhn et al. (2007). Nature 446:190-194.

Ikke noe endringer av koordinatene for gridcellene når hippocampus cellene viste rateremapping Fyhn et al. (2007). Nature 446:190-194.

Er det en kausal sammenheng mellom rempping i de to hjerneområdene? To forskjellige kart; et for lyst og ett for mørkt rom: Legg merke til sammenfall i tid mellom remapping i hippocampus og skift av gridkartet! Fyhn et al. (2007). Nature 446:190-194.

Hvordan kan et skifte i koordinatene for gridcellene påvirke remapping i hippocampus? 1. Single map model: The entire MEC expresses a single universal map of space. The recording chambers extract distinct locales on an infinite or periodic spatial map, related to each other by translation and rotation (white dotted arrow). If the second chamber had been larger, it could have included the conjuction of entorhinal grid peaks that generated the CA3 place field in the original condition (the white spot). Fyhn et al. (2007). Nature 446:190-194.

2. Multiple kart: This model assumes independent modules, each consisting of grid cells with a unique spacing and orientation. During hippocampal global remapping, these modules exhibit different degrees of rotation and translation, yielding new patterns of coactivity between the modules. If place fields are excited by convergent input from multiple entorhinal modules, the altered coactivity will activate a different subset of place cells at each location in the environment. Fyhn et al. (2007). Nature 446:190-

Hva kan vi gjøre for å huske bedre? En antikk men effektiv metode: Loci-metoden (method of loci)

Loci-metoden kan generaliseres: Jo flere knagger å henge minnene på, desto lettere er det å hente dem fram

Hvis ballongene sprekker, vil lyden ikke nå opp siden alt vil være for langt borte fra den riktige etasjen. Et lukket vindu vil også forhindre lyden fra å nå fram siden de fleste bygninger er godt isolert. Siden hele operasjonen avhenger av kontinuerlig tilførsel av elektrisitet, vil også et brudd midtveis på kabelen forårsake problemer. Naturligvis kunne mannen rope, men den menneskelige stemme er ikke høy nok til å nå så langt. Et annet problem er at strengen kunne slites på instrumentet. Da ville det ikke være noe akkopagnement til budskapet. Det er klart at det ville være mer optimalt med kortere avstand. Da ville det være færre potensielle problemer. Ved direkte kontakt ansikt til ansikt ville det være minst sjanse for at det ville gå galt.

Hvis ballongene sprekker, vil lyden ikke nå opp siden alt vil være for langt borte fra den riktige etasjen. Et lukket vindu vil også forhindre lyden fra å nå fram siden de fleste bygninger er godt isolert. Siden hele operasjonen avhenger av kontinuerlig tilførsel av elektrisitet, vil også et brudd midtveis på kabelen forårsake problemer. Naturligvis kunne mannen rope, men den menneskelige stemme er ikke høy nok til å nå så langt. Et annet problem er at strengen kunne slites på instrumentet. Da ville det ikke være noe akkopagnement til budskapet. Det er klart at det ville være mer optimalt med kortere avstand. Da ville det være færre potensielle problemer. Ved direkte kontakt ansikt til ansikt ville det være minst sjanse for at det ville gå galt.

Hvis ikke dette hjelper: Prøv å sove! Early animal studies Karni & Sagi, Nature 1993

Mønsteret av aktivitet i store populasjoner av nerveceller når en rotte er våken spilles av igjen når vi sover SØVN Denne gjentatte avspillingen kan være med på å konsolidere (feste) minnesporene

Alzheimers sykdom begynner ofte i entorhinal cortex og hippocampus Entorhinal cortex Hippocampus

Percent of population Alzheimers sykdom rammer flere og flere! Age

Konklusjon: 1. Det er mulig å registrere elektrisk aktivitet fra enkeltnerveceller i hjernen 2. Bevisst hukommelse er avhengig av hippocampus og entorhinal cortex 3. Sammenblanding av minner forhindres ved at minnene blir kodet av forskjellige cellenettverk i hippocampus 4. Entorhinal cortex styrer hvilke hippocampusceller som deltar i innkoding av hukommelsen slik at minnene ikke blir sammenblandet

Supported by * NTNU Norwegian Research Council ofexcellence Scheme Centre * Kavli Foundation * Fondation Bettencourt-Schueller Main contributors: Edvard Moser Vegard Brun Kirsten Kjelstrup Marianne Fyhn Torkel Hafting Trygve Solstad Stefan Leutgeb Jill Kristin Leutgeb Sturla Molden Francesca Sargolini Menno Witter Alessandro Treves Carol Barnes Bruce McNaughton