Hippokampus - Hippocampus

Hippokampus
Harmaa739-korostava-hippocampus.png
Ihmisillä on kaksi hippokampusta, yksi aivojen molemmilla puoliskoilla. Ne sijaitsevat mediaaliset ohimolohkoihin on aivoissa . Tässä ihmisen aivojen sivukuvassa etulohko on vasemmalla, niskakyhmy oikealla ja ajallinen ja parietaalinen lohko on suurelta osin poistettu paljastamaan yksi alla olevista hippokampuksista.
1511 Limbic Lobe.jpg
Hippocampus (alin vaaleanpunainen sipuli)
osana limbistä järjestelmää
Yksityiskohdat
Osa Ajallinen lohko
Tunnisteet
latinan kieli Hippokampus
MeSH D006624
NeuroNames 3157
NeuroLex -tunnus birnlex_721
TA98 A14.1.09.321
TA2 5518
FMA 275020
Neuroanatomian anatomiset termit

Hippokampuksessa (via latina peräisin kreikan ἱππόκαμπος ' Seahorse ') on tärkeä osa aivojen sekä ihmisten ja muiden selkärankaisten . Ihmisillä ja muilla nisäkkäillä on kaksi hippokampusta, yksi aivojen kummallakin puolella . Hippokampuksessa on osa limbisen järjestelmän , ja pelaa tärkeitä tehtäviä konsolidointi saatavien tietojen lyhytkestoisen muistin ja pitkän aikavälin muistia ja paikkatietojen muistia , joka mahdollistaa siirtymisen. Hippokampus sijaitsee allokorteksissa , ja sen hermot ulottuvat ihmisen neocortexiin sekä kädellisiin. Hippokampus mediaalisena palliumina on rakenne, joka löytyy kaikista selkärankaisista . Ihmisillä se sisältää kaksi keskeistä toisiinsa kytkeytyvää osaa: oikea hippokampus (jota kutsutaan myös Ammonin sarveksi) ja hammaskiilto .

Vuonna Alzheimerin taudin (ja muiden dementian ), hippokampuksessa on yksi ensimmäisistä alueilla aivoissa kärsiä vahinkoa; lyhytkestoinen muistin menetys ja sekavuus kuuluvat varhaisiin oireisiin. Hippokampuksen vaurioituminen voi johtua myös hapen nälästä ( hypoksiasta ), enkefaliitista tai mediaalisesta ajallisesta epilepsiasta . Ihmiset, joilla on laaja, kahdenvälinen hippokampuksen vaurio, voivat kokea anterogradista muistinmenetystä : kyvyttömyyttä muodostaa ja säilyttää uusia muistoja .

Koska eri hermosolutyypit on järjestetty siististi kerroksiksi hippokampuksessa, sitä on usein käytetty mallijärjestelmänä neurofysiologian tutkimiseen . Neuraalisen plastisuuden muoto, joka tunnetaan nimellä pitkäaikainen tehostaminen (LTP), havaittiin aluksi esiintyvän hippokampuksessa ja sitä on usein tutkittu tässä rakenteessa. LTP: n uskotaan olevan yksi tärkeimmistä hermomekanismeista, joiden avulla muistit tallennetaan aivoihin.

In jyrsijät kuten malliorganismien , hippokampuksessa on tutkittu laajalti osana aivojen järjestelmän vastaavan spatiaalisen muistin ja hakua. Monet neuronien että rotan ja hiiren hippokampuksessa vastaamme mahdollisimman paikka soluja : eli he palo murtuu aktiopotentiaalien kun eläin kulkee tietty osa sen ympäristöstä. Hippokampuksen paikkasolut ovat vuorovaikutuksessa laajasti pään suunnan solujen kanssa , joiden toiminta toimii inertiaalisena kompassina, ja olettamuksellisesti viereisen entorinaalisen kuoren ruudukkosolujen kanssa .

Nimi

Kuva 1: Ihmisen hippokampus ja fornix (vasemmalla) verrattuna merihevonen (oikea)

Varhaisin kuvaus sivukammion ajallisen sarven lattiaa pitkin kulkevasta harjasta tulee venetsialaisesta anatomista Julius Caesar Aranzista (1587), joka vertasi sitä ensin silkkiäistoukkioon ja sitten merihevoseen ( latinalainen hippocampus , kreikan kielestä ἱππόκαμπος, kreikasta ἵππος, "hevonen" + κάμπος, "merihirviö"). Saksalainen anatomi Duvernoy (1729), joka ensimmäisenä havainnollisti rakennetta, myös heilui "merihevonen" ja "silkkiäistoukka". "Ram's sarven" ehdotti tanskalainen anatomi Jacob Winsløw vuonna 1732; ja kymmenen vuotta myöhemmin hänen pariisilainen kollegansa, kirurgi de Garengeot käytti "cornu Ammonis" - (muinaisen egyptiläisen jumalan) Amunin sarvea , joka usein esitettiin pässin päänä. Tämä on säilynyt lyhennettynä CA: na hippokampuksen alikenttien nimeämisessä.

Toinen viittaus ilmestyi termillä pes hippocampi , joka saattaa juontaa juurensa Diemerbroeckiin vuonna 1672, ja siinä esitetään vertailu mytologisen hippokampuksen taitettujen eturaajojen ja vyöjalkojen muotoon , meren hirviöön, jossa on hevosen etuosan ja kalan häntä. Hippokampusta kuvattiin sitten nimellä pes hippocampi major , jonka vieressä oli pullistuma niskakyhmyyn , kuvattu pes hippocampi minor ja nimettiin myöhemmin uudelleen calcar avisiksi . Hippokampuksen nimeäminen uudelleen hippocampus majoriksi ja calcar avis hippokampukseksi pieneksi on liitetty Félix Vicq-d'Azyrin aivojen osien systemaattiseen nimikkeistöön vuonna 1786. Mayer käytti virheellisesti termiä virtahepo vuonna 1779, ja sitä seurasi jotkut muut kirjoittajat kunnes Karl Friedrich Burdach ratkaista tämän virheen 1829. vuonna 1861 hippokampuksessa vähäinen tuli keskustassa kiistan ihmisen evoluution välillä Thomas Henry Huxley ja Richard Owen , satirized kuten Suuren Hippocampus kysymys . Termi hippocampus minor laski käytöstä anatomian oppikirjoissa ja poistettiin virallisesti Nomina Anatomica 1895. Nykyään rakennetta kutsutaan vain hippokampukseksi, ja termi Cornu Ammonis säilyy hippokampuksen osa-alueiden CA1-CA4 nimissä .

Suhde limbiseen systeemiin

Termin limbinen järjestelmä esitteli vuonna 1952 Paul MacLean kuvaamaan aivokuoren reunan (latinalainen limbus, joka tarkoittaa rajaa ) reunustavia rakenteita : Näitä ovat hippokampus, cingulate cortex , haju aivokuori ja amygdala . Paul MacLean ehdotti myöhemmin, että limbiset rakenteet muodostavat tunteiden hermopohjan. Hippokampuksessa on anatomisesti yhdistetty aivojen osissa, jotka ovat mukana emotionaalinen käyttäytyminen the väliseinän The hypotalamus nisälisäkkeen , ja etuosan ydinvoimalan talamuksessa , ja on yleisesti hyväksytty olevan osa limbisen järjestelmän.

Anatomia

Kuva 2: poikkileikkaus aivopuoliskon osoittaa rakenne ja sijainti hippokampuksessa
Kuva 3: koronan osa aivot makaki apina, joka osoittaa hippokampus (ympyröity)

Hippokampus voidaan nähdä harmaan aineen kudoksena , joka nousee jokaisen sivukammion lattiasta huonomman tai ajallisen sarven alueella. Tämä harjanne voidaan myös nähdä sisäänpäin kertaisen archicortex osaksi mediaalinen ohimolohkon . Hippokampus voidaan nähdä vain leikkauksissa, koska se peittää parahippocampal gyrus . Kuori ohentuu kuudesta kerroksesta kolmeen tai neljään kerrokseen, jotka muodostavat hippokampuksen.

Termillä hippokampuksen muodostuminen viitataan varsinaiseen hippokampukseen ja siihen liittyviin osiin. Kuitenkin ei ole yksimielisyyttä siitä, mitä osia sisällytetään. Joskus hippokampuksen sanotaan sisältävän hammaslääkärin ja subikulumin. Joitakin viittauksia sisältävät pykäläpoimuissa ja subiculum että aivotursomuodostelman, ja muut sisältävät myös presubiculum, parasubiculum ja entorinaalinen aivokuori . Neuraalinen asettelu ja reitit hippokampuksen muodostumassa ovat hyvin samanlaisia ​​kaikissa nisäkkäissä.

Hippokampuksella, mukaan lukien hammaslääke, on kaareva putki, jota on verrattu merihevonen, ja oinaan sarvi ( C ornu A mmonis ). Sen lyhennettä CA käytetään hippokampuksen alikenttien CA1, CA2, CA3 ja CA4 nimeämiseen . Se voidaan erottaa alueeksi, jossa kuori kapenee yhteen kerrokseen tiheästi pakattuja pyramidisia neuroneja , jotka käpristyvät tiukkaan U -muotoon. "U"-CA4: n yksi reuna on upotettu taaksepäin suuntautuvaan taipuvaan hammashampaaseen. Hippokampuksella kuvataan olevan etu- ja takaosa ( kädellisillä ) tai vatsan ja selkäosa muilla eläimillä. Molemmat osat ovat koostumukseltaan samanlaisia, mutta kuuluvat eri hermopiireihin . Rotalla kaksi hippokamppia muistuttavat banaaniparia, jonka varret yhdistävät Fornixin (jota kutsutaan myös hippocampal commissureksi). In kädellisillä , osa hippokampuksen alaosassa, lähellä pohjan ohimolohkon , on paljon laajempi kuin osa yläreunassa. Tämä tarkoittaa, että poikkileikkauksessa hipokampus voi näyttää useita eri muotoja leikkauksen kulmasta ja sijainnista riippuen.

Hippokampuksen poikkileikkauksessa, mukaan lukien hammaslääke, näkyy useita kerroksia. Hammaspyörässä on kolme solukerrosta (tai neljä, jos hilus on mukana). Kerrokset ovat ulommasta - molekyylikerroksesta , sisäisestä molekyylikerroksesta , rakeisesta kerroksesta ja hiluksesta . CA3: ssa varsinaisessa hippokampuksessa on seuraavat kerrokset: lacunosum-moleculare, radiatum, lucidum, pyramidal ja oriens. CA2: lla ja CA1: llä on myös nämä kerrokset paitsi lucidum -kerros .

Tulo hippokampuksessa (vaihtelevista aivokuoren ja toistuvia rakenteita) tulee entorhinal aivokuoren kautta perforanttitien . Entorhinal cortex (EC) on vahvasti ja vastavuoroisesti yhteydessä moniin aivokuoren ja subkortikaalisiin rakenteisiin sekä aivorunkoon. Eri talamuksen ytimet , (anterior ja keskiviivan ryhmät), The mediaalinen väliseinän ydin , supramammillary ydin hypotalamuksen ja raphe ytimet ja locus coeruleuksen ja aivokudos kaikki lähettää aksonien EY, niin että se toimii rajapintana neocortex ja muiden yhteyksien ja hippokampuksessa.

EC sijaitsee parahippocampal gyrusissa , aivokuoren alueella hippokampuksen vieressä. Tämä gyrus peittää hippokampuksen. Parahippocampal gyrus sisältää myös perirhinal cortexin , jolla on tärkeä rooli monimutkaisten esineiden visuaalisessa tunnistamisessa . On myös huomattavaa näyttöä siitä, että se edistää muistia, mikä voidaan erottaa hippokampuksen panoksesta. On ilmeistä, että täydellinen muistinmenetys ilmenee vain, kun sekä hippokampus että parahipokampus ovat vaurioituneet.

Piirit

Kuva 4: Hippokampuksen peruspiiri, Cajal DG: n piirtämä : hammaslääke . Sub: subiculum . EC: entorhinal cortex

Suurin panos hippokampukseen on entorhinal cortexin (EC) kautta, kun taas sen tärkein tuotos on CA1: n kautta subiculumiin. Tieto saavuttaa CA1: n kahden pääreitin kautta, suoran ja epäsuoran. EY: n aksonit, jotka ovat peräisin kerroksesta III, ovat suoran rei'itysreitin alkuperä ja muodostavat synapsit CA1 -neuronien hyvin distaalisissa apikaalisissa dendriiteissä. Sitä vastoin kerroksesta II peräisin olevat aksonit ovat epäsuoran reitin alkuperä, ja tieto saavuttaa CA1: n trisynaptisen piirin kautta . Tämän reitin alkuosassa aksonit projisoivat rei'itetyn reitin läpi hammaskiilteen (ensimmäinen synapsi) rakesoluihin. Siitä lähtien tiedot seuraavat sammalisten kuitujen kautta CA3: een (toinen synapsi). Sieltä CA3 -aksonit, joita kutsutaan Schaffer -vakuuksiksi, jättävät solun rungon syvän osan ja silmukan apikaalisille dendriiteille ja ulottuvat sitten CA1: een (kolmas synapsi). CA1: n aksonit heijastavat sitten takaisin entorinaaliseen kuoreen ja viimeistelevät piirin.

Kori solujen sisään CA3 vastaanottaa eksitatoristen syötteen pyramidin solut ja sitten antaa estävää palautetta pyramidin soluja. Tämä toistuva esto on yksinkertainen palautepiiri, joka voi vaimentaa hippokampuksen kiihottavia vasteita. Pyramidisolut antavat toistuvan virityksen, joka on tärkeä mekanismi, joka löytyy joistakin muistin käsittelypiireistä.

Useilla muilla yhteyksillä on tärkeä rooli hippokampuksen toiminnassa. EY: n ulostulon lisäksi muita lähtöreittejä kulkee muille aivokuoren alueille, mukaan lukien prefrontaalinen kuori . Suuri tuotanto menee kautta aivokaaren on sivusuunnassa septaalialueella sekä nisälisäkkeen hypotalamuksen (joka aivokaaren liitäntöjen kanssa hippokampus). Hippokampuksessa vastaanottaa modulatorinen syötteen serotoniinin , noradrenaliinin ja dopamiinin järjestelmät, ja siitä ydin reuniens ja talamuksen kentän CA1. Erittäin tärkeä projektio tulee mediaalisen väliseinän ytimestä, joka lähettää kolinergisiä ja gamma -aminohappovoihappoa (GABA) stimuloivia kuituja (GABAergisiä kuituja) kaikkiin hippokampuksen osiin. Mediaalisen väliseinän sisääntulot ovat avainasemassa hippokampuksen fysiologisen tilan kontrolloinnissa; tämän ytimen tuhoaminen poistaa hippokampuksen theeta -rytmin ja heikentää vakavasti tietyntyyppistä muistia.

Alueet

Kuva 5: Hippokampuksen sijainti ja alueet

Hippokampuksen alueiden on osoitettu olevan toiminnallisesti ja anatomisesti erillisiä. Selän hippokampus (DH), ventraalinen hippokampus (VH) ja välitason hippokampus palvelevat eri toimintoja, heijastavat eri reittejä ja niillä on eriasteisia paikkasoluja. Selän hippokampus palvelee paikkamuistia, verbaalista muistia ja käsitteellisten tietojen oppimista. Käyttämällä radiaalista käsivarren sokkeloa DH: n leesioiden osoitettiin aiheuttavan tilamuistin heikkenemistä, kun taas VH -leesiot eivät. Sen ulkonevat reitit sisältävät mediaalisen väliseinän ytimen ja supramamillaarisen ytimen . Selän hippokampuksessa on myös enemmän paikkasoluja kuin sekä vatsan että välitön hippokampuksen alue.

Välivaiheen hippokampuksella on päällekkäisiä ominaisuuksia sekä ventraali- että dorsaalisen hippokampuksen kanssa. Käyttämällä anterograde -jäljitysmenetelmiä Cenquizca ja Swanson (2007) löysivät kohtuulliset projektiot kahteen primaariseen hajuhaukkoalueeseen ja mediaalisen prefrontaalisen kuoren prelimbisiin alueisiin . Tällä alueella on pienin määrä paikkasoluja. Ventraalinen hippokampus toimii pelon säätelyssä ja affektiivisissa prosesseissa. Anagnostaras et ai. (2002) osoittivat, että vatsakalvon hippokampuksen muutokset vähensivät selkä- ja vatsakalvon hippokampuksen amygdalaan lähettämän tiedon määrää, mikä muutti pelkojen hoitoa rotilla. Historiallisesti varhaisin yleisesti käytetty hypoteesi oli, että hippokampus osallistuu hajuun . Tämä ajatus asetettiin kyseenalaiseksi useilla anatomisilla tutkimuksilla, jotka eivät löytäneet mitään suoraa uloketta hipokampukseen hajulampusta . Myöhemmät työt kuitenkin vahvistivat, että hajulamppu ulottuu entraalisen aivokuoren lateraaliseen osaan, ja kenttä CA1 vatsakalvon hippokampuksessa lähettää aksoneja päähajulampulle, etuhajuytimelle ja primaariselle hajuharjalle. On edelleen jonkin verran kiinnostusta hippokampuksen hajuvasteisiin, erityisesti hippokampuksen rooliin hajujen muistissa, mutta harvat asiantuntijat uskovat nykyään, että haju on sen ensisijainen tehtävä.

Toiminto

Hippokampuksen toimintojen teorioita

Vuosien mittaan kirjallisuudessa on dominoinut kolme pääideaa hippokampuksen toiminnasta: vasteen estäminen , episodinen muisti ja spatiaalinen kognitio. Käyttäytymisen esto -teoria ( John O'Keefe ja Lynn Nadel karikaturoi "lyö jarrut!") Oli erittäin suosittu 1960 -luvulle asti. Se sai suurelta osin perustelunsa kahdesta havainnosta: ensinnäkin, että eläimet, joilla on hippokampuksen vaurioita, ovat yleensä hyperaktiivisia ; toiseksi, että eläimillä, joilla on hippokampuksen vaurioita, on usein vaikeuksia oppia estämään vastauksia, joita heille on aiemmin opetettu, varsinkin jos vaste vaatii pysymistä hiljaa kuten passiivisen välttämisen testissä. Brittiläinen psykologi Jeffrey Gray kehitti tämän ajattelun täydelliseksi teoriaksi hippokampuksen roolista ahdistuksessa. Estoteoria on tällä hetkellä vähiten suosittu kolmesta.

Toinen tärkeä ajatuslinja liittyy hippokampukseen muistiin. Vaikka sillä oli historiallisia edeltäjiä, tämä ajatus sai pääasiallisen sysäyksensä amerikkalaisen neurokirurgin William Beecher Scovillen ja brittiläis-kanadalaisen neuropsykologin Brenda Milnerin kuuluisasta raportista, jossa kuvataan hippokampuksen kirurgisen tuhon tuloksia, kun yritetään lievittää epileptisiä kohtauksia amerikkalaisella miehellä Henry Molaisonilla , joka tunnettiin kuolemaansa asti vuonna 2008 nimellä "Potilas HM". Leikkauksen odottamaton lopputulos oli vakava anterogradi ja osittainen taaksepäin tapahtuva muistinmenetys ; Molaison ei pystynyt muodostamaan uusia episodisia muistoja leikkauksensa jälkeen eikä voinut muistaa juuri ennen leikkausta tapahtuneita tapahtumia, mutta hän säilytti muistoja vuosia aikaisemmin tapahtuneista tapahtumista, jotka ulottuivat hänen lapsuuteensa. Tämä tapaus herätti niin laajaa ammatillista kiinnostusta, että Molaisonista tuli lääketieteen historian intensiivisimmin tutkittu aihe. Seuraavina vuosina on tutkittu myös muita potilaita, joilla on samanlainen taso hippokampuksen vaurioita ja muistinmenetys (onnettomuuden tai sairauden aiheuttama), ja tuhannet kokeet ovat tutkineet aktiivisuudesta johtuvien muutosten fysiologiaa synaptisissa yhteyksissä hippokampuksessa. Nyt vallitsee yleinen sopimus siitä, että hippokampilla on jonkinlainen tärkeä rooli muistissa; tämän roolin tarkasta luonteesta on kuitenkin edelleen kiistelty. Viime teoria ehdotettu - kyseenalaiseksi sen rooli spatiaalisen kognition - että hippokampuksen koodaa uutta satunnaista muistoja liittämällä esityksiä vastasyntyneen jyvässoluissa ja pykäläpoimun ja järjestämällä ne esityksiä peräkkäin CA3 vedoten vaihe prekessiota syntyy entorhinaalisessa aivokuori

Rotat ja kognitiiviset kartat

Kolmas tärkeä teoria hippokampuksen toiminnasta liittyy hippokampukseen avaruuteen. Avaruusteoriaa puolustivat alun perin O'Keefe ja Nadel, joihin amerikkalainen psykologi EC Tolmanin teoriat ihmisten ja eläinten " kognitiivisista kartoista " vaikuttivat . O'Keefe ja hänen oppilaansa Dostrovsky löysivät vuonna 1971 rotan hippokampuksesta neuroneja, jotka näyttivät osoittavan toimintaa, joka liittyy rotan sijaintiin ympäristössä. Vaikka skeptisyys muista tutkijat, O'Keefe ja hänen työtoverinsa, erityisesti Lynn Nadel, tutki edelleen tätä kysymystä, joka linjan työtä, joka lopulta johti niiden hyvin vaikutusvaltainen 1978 kirjan hippokampuksessa kognitiivisena Kartta . Nyt on lähes yleinen sopimus siitä, että hippokampuksen toiminnalla on tärkeä rooli paikkatietokoodauksessa, mutta yksityiskohdista keskustellaan laajalti.

Myöhemmät tutkimukset ovat keskittyneet pyrkimyksiin katkaista yhteys kahden hippokampuksen toiminnan päänäkymän välille, koska ne jakautuvat muistin ja paikkatietoisuuden välillä. Joissakin tutkimuksissa näitä alueita on laajennettu lähelle lähentymistä. Yritettäessä sovittaa yhteen kaksi erilaista näkemystä ehdotetaan, että otetaan laajempi näkemys hippokampuksen toiminnasta ja nähdään, että sillä on rooli, joka kattaa sekä kokemuksen organisoinnin ( henkisen kartoituksen , kuten Tolmanin alkuperäinen käsitys vuonna 1948) että suuntautuvaa käyttäytymistä, joka nähdään osallisena kaikilla kognitioalueilla, joten hippokampuksen toimintaa voidaan tarkastella laajemmana systeeminä, joka sisältää sekä muistin että paikkatietonäkökulmat roolissaan ja johon sisältyy laajan kognitiivisten karttojen käyttö. Tämä liittyy tarkoitukselliseen käyttäytymiseen, joka syntyi Tolmanin alkuperäisestä tavoitteesta tunnistaa käyttäytymistä ohjaavat monimutkaiset kognitiiviset mekanismit ja tarkoitukset.

On myös ehdotettu, että hippokampuksen neuronien piikkivaikutus liittyy spatiaalisesti, ja ehdotettiin, että muistin ja suunnittelun mekanismit kehittyivät navigointimekanismeista ja että niiden neuronaaliset algoritmit olivat pohjimmiltaan samat.

Monissa tutkimuksissa on käytetty neurokuvaustekniikoita , kuten toiminnallista magneettikuvausta (fMRI), ja toiminnallinen rooli lähestymistavan välttämisessä on todettu. Etuosan hippokampuksen nähdään osallistuvan päätöksentekoon lähestymistavan välttämisen konfliktin käsittelyssä. Ehdotetaan, että muisti-, paikkatunnistus- ja konfliktinkäsittelytoimintoja voidaan pitää toimivina yhdessä eivätkä sulje toisiaan pois.

Rooli muistissa

Psykologit ja neurotieteilijät ovat yleensä samaa mieltä siitä, että hippokampuksella on tärkeä rooli uusien muistojen muodostumisessa kokeneista tapahtumista ( episodinen tai omaelämäkertainen muisti ). Osa tätä toimintoa on hippokampuksen osallistuminen uusien tapahtumien, paikkojen ja ärsykkeiden havaitsemiseen. Jotkut tutkijat pitävät hippokampusta osana suurempaa mediaalista ajallisen lohkon muistijärjestelmää, joka on vastuussa yleisestä deklaratiivisesta muistista (muistit, jotka voidaan nimenomaisesti verbalisoida - nämä sisältävät esimerkiksi tosiasioiden muistin episodisen muistin lisäksi). Hippokampus koodaa myös emotionaalisen kontekstin amygdalasta . Tämä johtuu osittain siitä, että palaaminen paikkaan, jossa emotionaalinen tapahtuma tapahtui, voi herättää tämän tunteen. Episodisten muistojen ja paikkojen välillä on syvä emotionaalinen yhteys.

Koska kahdenkeskinen symmetria aivoihin on hippokampuksen kussakin aivopuoliskon . Jos hippokampuksen vaurioita esiintyy vain toisella pallonpuoliskolla, jolloin rakenne säilyy ehjänä toisella pallonpuoliskolla, aivot voivat säilyttää lähes normaalin muistitoiminnan. Vakavat vauriot hippokampuksille molemmilla pallonpuoliskoilla johtavat syviin vaikeuksiin uusien muistojen muodostamisessa ( anterogradinen muistinmenetys ) ja vaikuttavat usein myös muistiin, joka on muodostunut ennen vaurion tapahtumista ( taaksepäin tapahtuva muistinmenetys ). Vaikka taaksepäin suuntautuva vaikutus yleensä kestää useita vuosia sitten ennen aivovaurioita, joissakin tapauksissa vanhemmat muistot jäävät. Tämä vanhempien muistojen säilyttäminen johtaa ajatukseen, että konsolidointi ajan myötä sisältää muistojen siirtämisen hippokampuksesta muihin aivojen osiin. Kokeet, joissa käytettiin hipokampuksen solujen sisäistä siirtoa kädellisillä, joilla oli hippokampuksen neurotoksisia vaurioita, ovat osoittaneet, että hippokampusta tarvitaan muistojen muodostamiseen ja palauttamiseen, mutta ei tallentamiseen. On osoitettu, että ihmisten hippokampuksen eri osien äänenvoimakkuuden väheneminen johtaa erityisiin muistihäiriöihin. Erityisesti sanallisen muistin säilyttämisen tehokkuus liittyy oikean ja vasemman hippokampuksen etuosiin. Hippokampuksen oikea pää osallistuu enemmän toimeenpanoon ja säätelyyn sanallisen muistin palauttamisen aikana. Vasemman hippokampuksen hännällä on taipumus liittyä läheisesti sanalliseen muistikapasiteettiin.

Hippokampuksen vaurioituminen ei vaikuta tietyntyyppisiin muistiin, kuten kykyyn oppia uusia taitoja (esimerkiksi soittaa soitinta tai ratkaista tietyntyyppisiä pulmia). Tämä tosiasia viittaa siihen, että tällaiset kyvyt riippuvat erityyppisestä muistista ( menettelymuisti ) ja eri aivojen alueista. Lisäksi muistinmenetyspotilaat osoittavat usein "implisiittistä" muistia kokemuksista, vaikka tietoista tietoa ei olisi. Esimerkiksi potilaat pyysivät arvaamaan, mitkä kahdesta kasvoista, jotka he ovat nähneet viimeksi, voivat antaa oikean vastauksen suurimman osan ajasta huolimatta siitä, että he eivät ole koskaan nähneet kumpaakaan kasvoista aikaisemmin. Jotkut tutkijat erottavat toisistaan ​​tietoisen muistamisen , joka riippuu hippokampuksesta, ja tuttavuuden , joka riippuu mediaalisen ajallisen lohkon osista.

Kun rotat altistuvat intensiiviselle oppimistapahtumalle, ne voivat säilyttää elinikäisen muistin tapahtumasta jopa yhden harjoittelun jälkeen. Tällaisen tapahtuman muisti näyttää tallentuvan ensin hippokampukseen, mutta tämä tallennus on ohimenevää. Suuri osa muistin pitkäaikaisesta tallennuksesta näyttää tapahtuvan etuosan aivokuorena . Kun tällaista intensiivistä oppimistapahtumaa sovellettiin kokeellisesti, rotien hippokampuksen neuronaaliseen genomiin ilmestyi yli 5000 erilaista metyloitua DNA -aluetta tunnin ja 24 tunnin kuluttua koulutuksesta. Nämä muutokset metylaatio kuvio tapahtui monia geenejä , jotka säädellään alaspäin , mikä johtuu usein muodostuu uusia 5-metyylisytosiinin sivustoja CpG rikkaisiin alueisiin genomin. Lisäksi monia muita geenejä säädeltiin ylös , todennäköisesti johtuen usein metyyliryhmien poistamisesta aiemmin olemassa olevista 5-metyylisytosiinista ( 5 mCs) DNA: ssa. 5 mC: n demetylaation voivat suorittaa useat proteiinit, jotka toimivat yhdessä, mukaan lukien TET -entsyymit sekä DNA -emäksen poistamisreitin entsyymit ( ks.Epigenetiikka oppimisessa ja muistissa ).

Rooli paikkamuistissa ja navigoinnissa

Kuva 6: Rotan CA1 -kerroksesta tallennetun 8 paikkaisen solun palamiskuviot . Rotta juoksi edestakaisin korotettua rataa pitkin ja pysähtyi molemmissa päissä syömään pienen ruokapalkkion. Pisteet osoittavat paikkoja, joissa toimintapotentiaalit kirjattiin, ja väri ilmaisee, mikä neuroni lähetti kyseisen toimintapotentiaalin .

Tutkimukset vapaasti liikkuvien rottien ja hiirillä ovat osoittaneet monet hippokampuksen neuronien toimimaan paikka soluja että klusterin paikka aloilla , ja nämä palo murtuu aktiopotentiaalien , kun eläin kulkee tietyn sijainnin. Tätä paikkaan liittyvää hermotoimintaa hippokampuksessa on raportoitu myös apinoilla, joita siirrettiin huoneen ympärillä turvaistuimen ollessa. Paikkasolut ovat kuitenkin saattaneet ampua suhteessa siihen, mistä apina katsoi, eikä sen todelliseen sijaintiin huoneessa. Monien vuosien aikana on tehty monia tutkimuksia jyrsijöiden paikallisvastauksista, jotka ovat antaneet suuren määrän tietoa. Paikka-soluvasteita on esitetty pyramidin solujen hippokampuksessa ja jyvässolujen on pykäläpoimussa . Muut solut pienemmässä osassa ovat estäviä interneuroneja , ja näissä esiintyy usein paikkaan liittyviä vaihteluja niiden laukaisunopeudessa, jotka ovat paljon heikompia. Esityksessä on vähän, jos ollenkaan, spatiaalista topografiaa; yleensä hippokampuksessa vierekkäin olevilla soluilla on korreloimattomat tila -ampumakuviot. Paikkasolut ovat tyypillisesti lähes äänettömiä, kun rotta liikkuu paikkakentän ulkopuolella, mutta saavuttavat jatkuvan jopa 40 Hz: n taajuuden, kun rotta on lähellä keskustaa. Neuraalinen aktiivisuus, josta on otettu näytteitä 30–40 satunnaisesti valitusta paikkasolusta, sisältää tarpeeksi tietoa, jotta rotan sijainti voidaan rekonstruoida suurella luottamuksella. Paikkakenttien koko vaihtelee kaltevuudessa hippokampuksen pituudelta, ja selkäpään solut osoittavat pienimmät kentät, lähellä keskustaa olevat suuret kentät ja vatsakärjen solut osoittavat koko ympäristön peittävät kentät. Joissakin tapauksissa hippokampussolujen ampumisnopeus ei riipu pelkästään paikasta vaan myös rotan liikesuunnasta, määränpäästä, johon se matkustaa, tai muista tehtävään liittyvistä muuttujista. Paikkasolujen laukaisu on ajoitettu suhteessa paikallisiin teeta -aaltoihin , prosessia, jota kutsutaan vaiheen precessioksi .

Ihmisillä on raportoitu soluja, joilla on sijaintikohtaisia ​​polttomalleja, lääkkeille vastustuskykyistä epilepsiaa sairastavien potilaiden tutkimuksen aikana . Heille tehtiin invasiivinen toimenpide, jolla paikallistettiin kohtaustensa lähde kirurgisen resektion vuoksi. Potilaille istutettiin diagnostisia elektrodeja hippokampukseen ja käytettiin sitten tietokonetta liikkumaan virtuaalitodellisuuskaupungissa . Samanlaiset aivojen kuvantamistutkimukset navigoinnissa ovat osoittaneet hippokampuksen olevan aktiivinen. Taksinkuljettajista tehtiin tutkimus. Lontoon mustien taksinkuljettajien on opittava suuren määrän paikkoja ja nopeimmat reitit niiden välillä voidakseen läpäistä The Knowledge -nimisen tiukan testin saadakseen toimiluvan. Tutkimus osoitti, että hippokampuksen takaosa on näillä kuljettajilla suurempi kuin suurella yleisöllä ja että kuljettajana toimineen ajanjakson ja tämän osan volyymin kasvun välillä on positiivinen korrelaatio. Todettiin myös, että hippokampuksen kokonaistilavuus ei muuttunut, koska takaosassa havaittu lisäys tehtiin etuosan kustannuksella, mikä osoitti suhteellisen pienennyksen. Tästä erosta ei ole raportoitu haittavaikutuksia hippokampuksen mittasuhteissa. Toinen tutkimus osoitti päinvastaisia ​​havaintoja sokeilla yksilöillä. Oikean hippokampuksen etuosa oli suurempi ja takaosa pienempi verrattuna näkyviin yksilöihin.

Aivoissa on useita navigointisoluja , jotka ovat joko itse hippokampuksessa tai ovat vahvasti yhteydessä siihen, kuten nopeussolut, jotka ovat läsnä mediaalisessa entorinaalisessa kuorissa . Yhdessä nämä solut muodostavat verkon, joka toimii paikkamuistina. Ensimmäinen tällaisista soluista, jotka löydettiin 1970 -luvulla, olivat paikasolut, mikä johti ajatukseen, että hippokampus toimii antamalla ympäristön hermoesitys kognitiiviselle kartalle . Kun hippokampus on toimintakyvytön, suunta muuttuu; ihmisillä voi olla vaikeuksia muistaa, miten he saapuivat tiettyyn paikkaan ja miten edetä eteenpäin. Eksyminen on yleinen muistinmenetyksen oire. Eläinkokeet ovat osoittaneet, että ehjä hippokampus tarvitaan joidenkin aluemuistitehtävien alkuoppimiseen ja pitkäaikaiseen säilyttämiseen , erityisesti sellaisiin, jotka edellyttävät tien löytämistä piilotettuun päämäärään. Muita soluja on löydetty sen jälkeen, kun jyrsijän aivoista on löydetty paikkasolut, jotka ovat joko hippokampuksessa tai entorinaalisessa kuorissa. Nämä on määritetty pään suunnan soluiksi , ruudukkosoluiksi ja rajasoluiksi . Nopeussolujen uskotaan antavan panoksen hippokampuksen ruudukon soluihin.

Rooli lähestymistavan välttämisen konfliktien käsittelyssä

Lähestymistavan välttämisen konflikti tapahtuu, kun esitetään tilanne, joka voi olla palkitseva tai rangaistava, ja sitä seuraava päätöksenteko on yhdistetty ahdistukseen . fMRI-havainnot lähestymistavan välttämistä koskevassa päätöksenteossa tehdyistä tutkimuksista löysivät todisteita toiminnallisesta roolista, jota ei selitä pitkäaikainen muisti tai paikkatieto. Kokonaistulokset osoittivat, että hippokampuksen etuosa on herkkä konflikteille ja että se voi olla osa laajempaa aivokuoren ja subkortikaalista verkostoa, jonka katsotaan olevan tärkeä päätöksenteossa epävarmoissa olosuhteissa.

Katsauksessa viitataan useisiin tutkimuksiin, jotka osoittavat hippokampuksen osallistumista konfliktitehtäviin. Kirjoittajat ehdottavat, että haasteena on ymmärtää, miten konfliktien käsittely liittyy avaruudenavigoinnin ja muistin toimintoihin ja miten kaikkien näiden toimintojen ei tarvitse sulkea toisiaan pois.

Elektroenkefalografia

Kuva 7: Esimerkkejä rotan hippokampuksen EEG- ja CA1-hermoaktiivisuudesta teeta (hereillä/käyttäytyvä) ja LIA ( hidas aalto ) -tiloissa. Kukin käyrä näyttää 20 sekuntia dataa, jossa on hippokampuksen EEG -jälki yläreunassa, piikin rastereita 40: stä samanaikaisesti tallennetusta CA1 -pyramidisolusta keskellä (jokainen rasteriviiva edustaa eri solua) ja käyränopeus alareunassa. Ylin käyrä edustaa ajanjaksoa, jonka aikana rotta etsi aktiivisesti hajallaan olevia ruokapellettejä. Pohjapiirroksessa rotta nukkui.

Hippokampuksessa on kaksi suurta "toimintatilaa", joista jokaisella on selkeä hermopopulaation aktiivisuusmalli ja sähköisen aktiivisuuden aallot elektroenkefalogrammilla (EEG) mitattuna . Nämä tilat on nimetty niihin liittyvien EEG -kuvioiden mukaan: teeta ja suuri epäsäännöllinen aktiivisuus (LIA). Alla kuvatut pääominaisuudet koskevat rottaa, joka on laajimmin tutkittu eläin.

Theeta -tila näkyy aktiivisen, hälyttävän käyttäytymisen (erityisesti liikkumisen) ja myös REM -unen aikana . Teeta -tilassa EEG: tä hallitsevat suuret säännölliset aallot, joiden taajuusalue on 6–9 Hz , ja hippokampuksen neuronien pääryhmissä ( pyramidisolut ja rakesolut ) esiintyy harvaa populaatiota, mikä tarkoittaa, että lyhyessä ajassa , suurin osa soluista on hiljaa, kun taas pieni jäljellä oleva osa syttyy suhteellisen nopeasti, jopa 50 piikkiä sekunnissa aktiivisimmille. Aktiivinen solu pysyy tyypillisesti aktiivisena puoli sekuntia - muutama sekunti. Kun rotta käyttäytyy, aktiiviset solut hiljenevät ja uudet solut aktivoituvat, mutta aktiivisten solujen kokonaisprosentti pysyy enemmän tai vähemmän vakiona. Monissa tilanteissa solutoiminta määräytyy suurelta osin eläimen alueellisen sijainnin perusteella, mutta myös muut käyttäytymismuuttujat vaikuttavat siihen selvästi.

LIA-tila tulee näkyviin hitaan aallon (ei-unen) unen aikana ja myös heräämisen liikkumattomuuden aikana, kuten lepo tai syöminen. LIA -tilassa EEG: tä hallitsevat terävät aallot, jotka ovat satunnaisesti ajoitettuja suuria EEG -signaalin taipumia, jotka kestävät 25–50 millisekuntia. Teräviä aaltoja syntyy usein sarjoina, ja sarjat sisältävät enintään viisi yksittäistä terävää aaltoa ja kestävät jopa 500 ms. Neuronien piikkiaktiivisuus hippokampuksen sisällä korreloi voimakkaasti terävän aallon aktiivisuuden kanssa. Useimmat neuronit vähentävät laukaisunopeuttaan terävien aaltojen välillä; kuitenkin terävän aallon aikana ampumisnopeus kasvaa dramaattisesti jopa 10%: lla hippokampuksen väestöstä

Nämä kaksi hippokampuksen aktiivisuusmuotoa voidaan nähdä kädellisillä sekä rotilla, paitsi että kädellisten hippokampuksessa on ollut vaikeaa nähdä vankka teeta -rytmi. Kuitenkin laadullisesti samanlaisia ​​teräviä aaltoja ja samanlaisia ​​tilasta riippuvia muutoksia hermopopulaation aktiivisuudessa.

Theta -rytmi

Kuva 8: Esimerkki yhden sekunnin EEG-teeta-aallosta

Teeta -aallon tuottavat taustavirrat syntyvät pääasiassa entorinaalisen kuoren, CA3: n, tiheästi pakatuista hermokerroksista ja pyramidisolujen dendriiteistä. Theeta -aalto on yksi suurimmista EEG -signaaleista, ja se tunnetaan hippokampuksen teeta -rytminä . Joissakin tilanteissa EEG: tä hallitsevat säännölliset aallot, joiden taajuus on 3–10 Hz ja jotka jatkuvat usein monta sekuntia. Nämä heijastavat kynnyksen alapuolisia kalvopotentiaaleja ja moduloivat voimakkaasti hippokampuksen neuronien piikkiä ja synkronoituvat hippokampuksen yli kulkevan aaltokuvion mukaisesti. Trisynaptic piiri on rele neurotransmission hippokampuksessa, joka on vuorovaikutuksessa monien aivojen alueilla. Kohteesta jyrsijöillä on ehdotettu, että trisynaptic generoi hippokampuksen theta rytmi.

Theta -rytmisyys on hyvin ilmeistä kaneilla ja jyrsijöillä ja myös kissoilla ja koirilla. Vielä ei ole selvää, näkyykö teeta kädellisissä. In rotilla (eläimet, jotka ovat olleet laajimmin tutkituista), theta nähdään pääasiassa kaksi ehtoa: ensinnäkin, kun eläin on kävely tai muulla tavalla aktiivisesti vuorovaikutuksessa sen ympäristössä; toiseksi, REM -unen aikana . Teetan toimintaa ei ole vielä selvitetty vakuuttavasti, vaikka lukuisia teorioita on ehdotettu. Suosituin hypoteesi on ollut yhdistää se oppimiseen ja muistiin. Esimerkki olisi vaihe, jossa teeta -rytmit neuronin stimulaation aikaan muokkaavat stimulaation vaikutusta sen synapsiin. Tässä tarkoitetaan sitä, että teeta -rytmit voivat vaikuttaa niihin oppimisen ja muistin näkökohtiin, jotka ovat riippuvaisia synaptisesta plastisuudesta . On vakiintunut, että mediaalisen väliseinän vauriot - teeta -järjestelmän keskussolmu - aiheuttavat vakavia muistihäiriöitä. Mediaalinen väliseinä on kuitenkin enemmän kuin pelkkä teeta -ohjain; se on myös hippokampuksen kolinergisten projektioiden pääasiallinen lähde . Ei ole osoitettu, että väliseinän vauriot vaikuttavat erityisesti poistamalla teeta -rytmin.

Terävät aallot

Unen tai levon aikana, kun eläin ei ole tekemisissä ympäristön kanssa, hippokampuksen EEG näyttää epäsäännöllisiä hitaita aaltoja, joiden amplitudi on hieman suurempi kuin teeta -aallot. Tämä kuvio keskeytyy toisinaan suurilla aalloilla, joita kutsutaan teräviksi aalloiksi . Nämä tapahtumat liittyvät piikin aktiivisuuden purskeisiin, jotka kestävät 50-100 millisekuntia CA3: n ja CA1: n pyramidisoluissa. Ne liittyvät myös lyhytaikaisiin korkeataajuisiin EEG-värähtelyihin, joita kutsutaan "väreilyiksi", joiden taajuudet ovat alueella 150-200 Hz rotilla, ja yhdessä niitä kutsutaan teräviksi aalloiksi ja väreilyiksi . Terävät aallot ovat yleisimpiä unen aikana, kun niitä esiintyy keskimäärin noin 1 sekunnissa (rotilla), mutta ajallisesti hyvin epäsäännöllisesti. Terävät aallot ovat harvinaisempia passiivisten hereilläolojen aikana ja ovat yleensä pienempiä. Teräviä aaltoja on havaittu myös ihmisillä ja apinoilla. Makakeissa terävät aallot ovat voimakkaita, mutta niitä ei esiinny niin usein kuin rotilla.

Yksi terävien aaltojen mielenkiintoisimmista piirteistä on se, että ne näyttävät liittyvän muistiin. Wilson ja McNaughton 1994 ja lukuisat myöhemmät tutkimukset ovat raportoineet, että kun hippokampuksen paikkasoluissa on päällekkäisiä tila-ampumakenttiä (ja siksi ne usein syttyvät lähes samanaikaisesti), niillä on taipumus osoittaa korreloivaa aktiivisuutta käyttäytymisistunnon jälkeisen unen aikana. Tämän korrelaation vahvistumisen, joka tunnetaan yleisesti nimellä uudelleenaktivointi , on havaittu tapahtuvan pääasiassa terävien aaltojen aikana. On ehdotettu, että terävät aallot ovat itse asiassa hermoaktiivisuusmallien uudelleenaktivointeja, jotka tallennettiin muistiin käyttäytymisen aikana ja jotka johtuvat synaptisten yhteyksien vahvistamisesta hippokampuksessa. Tämä ajatus on keskeinen osa Buzsákin ja muiden kannattamaa "kaksivaiheisen muistin" teoriaa, joka ehdottaa, että muistot tallennetaan hippokampukseen käyttäytymisen aikana ja siirretään myöhemmin neokorteksiin unen aikana. Terävät aallot Hebbian teoriassa nähdään presynaptisten solujen jatkuvasti toistuvina postynaptisten solujen stimulaatioina, joiden ehdotetaan johtavan synaptisiin muutoksiin hippokampuksen lähtöreittien aivokuoren kohteissa. Terävien aaltojen ja väreilyjen vaimentaminen unessa tai liikkumattomuuden aikana voi häiritä käyttäytymisen tasolla ilmaistuja muistoja, mutta äskettäin muodostettu CA1-solukoodi voi nousta esiin myös unen jälkeen, jolloin terävät aallot ja värinät poistetaan, alueellisesti -vaativia tehtäviä.

Pitkäaikainen tehostaminen

Ainakin Ramon y Cajalin (1852-1934) ajoista lähtien psykologit ovat spekuloineet, että aivot tallentavat muistia muuttamalla samanaikaisesti aktiivisten hermosolujen välisen yhteyden vahvuutta. Donald Hebb virallisti tämän ajatuksen vuonna 1949, mutta se jäi monta vuotta selittämättä. Vuonna 1973 Tim Bliss ja Terje Lømo kuvailivat ilmiötä kanin hippokampuksessa, joka näytti täyttävän Hebbin vaatimukset: muutos synaptisessa vasteessa, joka johtuu lyhyestä voimakkaasta aktivoitumisesta ja kestää tunteja tai päiviä tai pidempään. Tätä ilmiötä kutsuttiin pian nimellä pitkäaikainen tehostaminen (LTP). Pitkän aikavälin muistin ehdokasmekanismina LTP: tä on sittemmin tutkittu intensiivisesti, ja siitä on opittu paljon. Kuitenkin niiden solunsisäisten signalointikaskadien monimutkaisuus ja moninaisuus, jotka voivat laukaista LTP: n, tunnustetaan estävän täydellisemmän ymmärtämisen.

Hippokampus on erityisen suotuisa paikka LTP: n tutkimiseen tiheästi pakattujen ja terävästi määriteltyjen neuronikerrosten vuoksi, mutta samankaltaisia ​​aktiivisuudesta riippuvia synaptisia muutoksia on havaittu myös monilla muilla aivojen alueilla. Parhaiten tutkittu LTP-muoto on havaittu hippokampuksen CA1: ssä ja esiintyy synapsissa, jotka päättyvät dendriittisiin selkärankoihin ja käyttävät välittäjäaine glutamaattia . Synaptiset muutokset riippuvat tietyntyyppisestä glutamaattireseptorista , N- metyyli-D-aspartaatti (NMDA) -reseptorista , solupinnan reseptorista, jolla on erityinen ominaisuus päästää kalsium pääsemään postsynaptiseen selkärankaan vain, kun presynaptinen aktivaatio ja postsynaptinen depolarisaatio tapahtuvat samaan aikaan. Huumeet, jotka häiritsevät NMDA -reseptoreita, estävät LTP: tä ja vaikuttavat merkittävästi tietyntyyppisiin muistiin, erityisesti paikkamuistiin. Myös geneettisesti muunnetuilla hiirillä, joita on muokattu poistamaan LTP -mekanismi käytöstä, on yleensä vakavia muistivajeita.

Häiriöt

Ikääntyminen

Ikään liittyvillä tiloilla, kuten Alzheimerin taudilla ja muilla dementian muodoilla (joiden hippokampuksen häiriö on yksi varhaisimmista oireista), on vakava vaikutus monenlaisiin kognitioihin, mukaan lukien muisti . Jopa normaali ikääntyminen liittyy joidenkin muistityyppien asteittaiseen heikkenemiseen, mukaan lukien episodinen muisti ja työmuisti (tai lyhytaikainen muisti ). Koska hippokampuksella uskotaan olevan keskeinen rooli muistissa, on ollut huomattavaa kiinnostusta mahdollisuudesta, että ikään liittyvä heikkeneminen voi johtua hippokampuksen heikkenemisestä. Jotkut varhaiset tutkimukset raportoivat huomattavasta neuronien menetyksestä vanhusten hippokampuksessa , mutta myöhemmissä tutkimuksissa, joissa käytettiin tarkempia tekniikoita, havaittiin vain vähäisiä eroja. Samoin jotkut MRI -tutkimukset ovat raportoineet hippokampuksen kutistumisesta vanhuksilla, mutta muut tutkimukset eivät ole toistaneet tätä havaintoa. Hippokampuksen koon ja muistin suorituskyvyn välillä on kuitenkin luotettava suhde; niin että ikään liittyvän kutistumisen yhteydessä muistin suorituskyky heikkenee. On myös raportoitu, että muistitehtävät tuottavat yleensä vähemmän hippokampuksen aktivoitumista vanhuksilla kuin nuorilla. Lisäksi vuonna 2011 julkaistussa satunnaistetussa kontrollikokeessa havaittiin, että aerobinen harjoitus voi lisätä hippokampuksen kokoa 55-80 -vuotiailla aikuisilla ja parantaa myös paikkamuistia.

Stressi

Hippokampus sisältää runsaasti glukokortikoidireseptoreita , mikä tekee siitä alttiimman pitkäaikaiselle stressille kuin useimmat muut aivojen alueet . On näyttöä siitä, että vakavaa, pitkäaikaista traumaattista stressiä kokeneilla ihmisillä on hippokampuksen atrofiaa enemmän kuin muilla aivojen osilla. Nämä vaikutukset näkyvät posttraumaattisessa stressihäiriössä , ja ne voivat edistää skitsofrenian ja vaikean masennuksen yhteydessä raportoitua hippokampuksen atrofiaa . Lasten hippokampuksen etutilavuus korreloi positiivisesti vanhempien perheen tulojen kanssa, ja tämän korrelaation uskotaan johtuvan tuloihin liittyvästä stressistä. Äskettäinen tutkimus on myös paljastanut masennuksen aiheuttaman surkastumisen, mutta tämä voidaan lopettaa masennuslääkkeillä, vaikka ne eivät ole tehokkaita muiden oireiden lievittämisessä.

Kroonisen stressin, joka johtaa kohonneisiin glukokortikoidipitoisuuksiin , erityisesti kortisoliin , katsotaan olevan syy hermosolujen surkastumiseen hippokampuksessa. Tämä atrofia johtaa pienempään hippokampuksen tilavuuteen, mikä näkyy myös Cushingin oireyhtymässä . Korkeammat kortisolipitoisuudet Cushingin oireyhtymässä ovat yleensä seurausta lääkkeistä, joita käytetään muihin sairauksiin. Neuronaalinen menetys tapahtuu myös heikentyneen neurogeneesin seurauksena. Toinen tekijä, joka vaikuttaa pienempään hippokampuksen tilavuuteen, on dendriittinen vetäytyminen, jossa dendriittien pituus lyhenee ja niiden määrä vähenee vastauksena lisääntyneisiin glukokortikoideihin. Tämä dendriittinen sisäänveto on palautuva. Cushingin oireyhtymän kortisolia vähentävän lääkityksen jälkeen hippokampuksen tilavuuden nähdään palautuvan jopa 10%. Tämä muutos johtuu ilmeisesti dendriittien uudistamisesta. Tämä dendriittinen palautuminen voi tapahtua myös, kun stressi poistetaan. Pääasiassa rotilla tehdyistä tutkimuksista on kuitenkin saatu näyttöä siitä, että pian syntymän jälkeen esiintyvä stressi voi vaikuttaa hippokampuksen toimintaan tavalla, joka jatkuu koko elämän ajan.

Sukupuolispesifiset reaktiot stressiin on myös osoitettu rotilla vaikuttavan hippokampukseen. Krooninen stressi urosrotalla osoitti dendriittistä vetäytymistä ja solujen häviämistä CA3 -alueella, mutta tätä ei näytetty naaraalla. Tämän uskottiin johtuvan neuroprotektiivisista munasarjojen hormoneista. Rotilla DNA -vauriot lisääntyvät hippokampuksessa stressitilanteissa.

Epilepsia

Kuva 9: ​​EEG, joka osoittaa epilepsian oikean ja hippokampuksen kohtauksen alkamisen
Kuva 10: EEG, joka osoittaa epilepsian vasemman ja hippokampuksen kohtausten alkamisen

Hippokampus on yksi harvoista aivojen alueista, joissa syntyy uusia neuroneja. Tämä neurogeneesin prosessi rajoittuu gyrus -hampaaseen. Liikunta voi vaikuttaa positiivisesti uusien neuronien tuotantoon tai epileptiset kohtaukset voivat vaikuttaa negatiivisesti .

Kouristukset ajallisten lohkojen epilepsiassa voivat vaikuttaa uusien neuronien normaaliin kehitykseen ja voivat aiheuttaa kudosvaurioita. Hipokampuksen skleroosi on yleisin tällaisten kudosvaurioiden tyyppi. Vielä ei kuitenkaan ole selvää, johtuuko epilepsia yleensä hippokampuksen poikkeavuuksista vai onko vaurioitunut hippokampuksessa kohtausten kumulatiivisten vaikutusten vuoksi. Kuitenkin kokeellisissa olosuhteissa, joissa toistuvat kohtaukset aiheutuvat keinotekoisesti eläimillä, hippokampuksen vaurio on yleinen tulos. Tämä voi johtua herätettävien glutamaattireseptorien pitoisuudesta hippokampuksessa. Yliherkkyys voi johtaa sytotoksisuuteen ja solukuolemaan. Sillä voi myös olla jotain tekemistä sen kanssa, että hippokampus on paikka, jossa uusia neuroneja luodaan koko elämän ajan, ja tämän prosessin poikkeavuudet.

Skitsofrenia

Skitsofrenian syitä ei tunneta hyvin, mutta aivojen rakenteessa on raportoitu lukuisia poikkeavuuksia. Tarkimmin tutkitut muutokset koskevat aivokuorta, mutta vaikutuksia hippokampukseen on myös kuvattu. Monet raportit ovat havainneet, että skitsofreniaa sairastavien ihmisten hippokampuksen koko on pienentynyt. Vasen hippokampus vaikuttaa vaikuttavan enemmän kuin oikea. Mainitut muutokset on suurelta osin hyväksytty johtuvan epänormaalista kehityksestä. On epäselvää, vaikuttavatko hippokampuksen muutokset psykoottisiin oireisiin, jotka ovat skitsofrenian tärkein piirre. On ehdotettu, että eläimillä tehdyn kokeellisen työn perusteella hippokampuksen toimintahäiriö saattaa aiheuttaa muutoksia dopamiinin vapautumiseen basaaliganglioissa , mikä vaikuttaa epäsuorasti tietojen integroitumiseen prefrontaaliseen kuoreen . On myös ehdotettu, että hippokampuksen toimintahäiriö saattaa johtua usein havaituista pitkäaikaisen muistin häiriöistä.

MRI -tutkimukset ovat löytäneet pienemmän aivotilavuuden ja suurempia kammioita skitsofreniapotilailla - mutta tutkijat eivät tiedä, johtuuko kutistuminen skitsofreniasta vai lääkkeestä. Hippokampuksen ja talamuksen tilavuuden on osoitettu pienenevän; ja globus palliduksen tilavuus kasvaa. Kortikaaliset kuviot muuttuvat, ja aivokuoren tilavuus ja paksuus vähenevät erityisesti etu- ja ajallisessa lohkossa. Lisäksi on ehdotettu, että monet havaituista muutoksista ovat läsnä häiriön alussa, mikä antaa painoa teorialle, että hermoston kehitys on epänormaalia.

Hippokampusta on pidetty keskeisenä skitsofrenian patologiassa sekä hermo- että fysiologisissa vaikutuksissa. On yleisesti hyväksytty, että skitsofrenian taustalla on epänormaali synaptinen yhteys. Useat todisteet viittaavat muutoksiin synaptisessa organisaatiossa ja yhteyksissä hippokampuksessa ja siitä pois. Glutamatergisten reittien on havaittu vaikuttavan suurelta osin. Alakentän CA1 katsotaan olevan vähiten mukana muilla alikentillä, ja CA4: n ja subiculumin on raportoitu muualla olevan kaikkein osallisimpia alueita. Katsauksessa todettiin, että patologia voi johtua genetiikasta, viallisesta hermoston kehityksestä tai epänormaalista hermoston plastisuudesta. Lisäksi pääteltiin, että skitsofrenia ei johdu mistään tunnetusta neurodegeneratiivisesta häiriöstä. Kroonista skitsofreniaa sairastavien iäkkäiden potilaiden hippokampuksessa hapettavat DNA -vauriot lisääntyvät merkittävästi .

Ohimenevä maailmanlaajuinen muistinmenetys

Ohimenevä maailmanlaajuinen muistinmenetys on dramaattinen, äkillinen, tilapäinen, lähes täydellinen lyhytaikaisen muistin menetys. Useita syitä on oletettu, mukaan lukien iskemia, epilepsia, migreeni ja aivojen laskimoverenkierron häiriöt, mikä johtaa muistiin liittyvien rakenteiden, kuten hippokampuksen, iskemiaan .

Ei ole olemassa tieteellistä näyttöä mistään syystä. Kuitenkin diffuusio-painotetut magneettikuvaustutkimukset, jotka on otettu 12–24 tuntia jakson jälkeen, ovat osoittaneet, että hippokampuksessa on pieniä pisteellisiä leesioita. Nämä havainnot ovat viitanneet mahdollisiin vaikutuksiin CA1 -neuroneihin, jotka ovat alttiita metaboliselle stressille.

PTSD

Jotkut tutkimukset osoittavat korrelaation alentuneen hippokampuksen tilavuuden ja posttraumaattisen stressihäiriön (PTSD) kanssa. Tutkimus Vietnamin sodan taisteluveteraaneista, joilla oli PTSD, osoitti 20% pienemmän hippokampuksen tilavuuden verrattuna veteraaneihin, joilla ei ollut tällaisia ​​oireita. Tätä havaintoa ei toistettu kroonisissa PTSD -potilaissa, jotka olivat traumatisoituneet lentokoneen onnettomuudessa vuonna 1988 (Ramstein, Saksa). On myös totta, että Vietnamin veteraanien, joilla ei ole taistelua, kaksoisveljillä, joilla on PTSD, oli myös pienempiä hippokampuksia kuin muilla kontrolleilla, mikä herätti kysymyksiä korrelaation luonteesta. Vuoden 2016 tutkimus vahvisti teoriaa, jonka mukaan pienempi hippokampus lisää posttraumaattisen stressihäiriön riskiä ja suurempi hippokampus lisää tehokkaan hoidon todennäköisyyttä.

Mikrokefalia

Hippokampuksen atrofiaa on luonnehdittu mikrokefaliapotilailla ja hiirimalleilla, joilla on WDR62 -mutaatioita, jotka toistavat ihmisen pistemutaatiot, osoittaneet puutteen hippokampuksen kehityksessä ja neurogeneesissä.

Muita eläimiä

Kuva 11: piirros Italialainen patologi Camillo Golgi on hippokampuksen petsattu käyttäen hopeanitraattia menetelmällä

Muut nisäkkäät

Hippokampuksella on yleisesti samanlainen ulkonäkö eri nisäkkäiden alueella monotremeistä , kuten echidna , kädellisiin , kuten ihmisiin. Hippokampuksen koon ja ruumiin koon suhde kasvaa laajasti, ja se on kädellisillä noin kaksi kertaa suurempi kuin piilokalvolla. Se ei kuitenkaan kasva missään lähellä neokorteksin ja kehon koon suhdetta. Siksi hippokampus vie paljon suuremman osan aivokuoren vaipasta jyrsijöillä kuin kädellisillä. Aikuisilla ihmisillä hippokampuksen tilavuus aivojen kummallakin puolella on noin 3,0 - 3,5 cm 3 verrattuna 320-420 cm 3 : n tilavuuteen neokorteksissa.

Hippokampuksen koon ja tilamuistin välillä on myös yleinen suhde. Kun vertaillaan samanlaisia ​​lajeja, niillä, joilla on suurempi tilamuistikapasiteetti, on yleensä suurempia hippokampuksen tilavuuksia. Tämä suhde ulottuu myös sukupuolieroihin; lajeilla, joissa uroksilla ja naarailla on suuria eroja tilamuistikyvyssä, niillä on taipumus osoittaa vastaavia eroja myös hippokampuksen tilavuudessa.

Muut selkärankaiset

Muilla kuin nisäkkäillä ei ole aivojen rakennetta, joka näyttää nisäkkään hippokampukselta, mutta niillä on sellainen, jota pidetään homologisena . Hippokampus, kuten edellä todettiin, on pohjimmiltaan osa allocortexia. Vain nisäkkäillä on täysin kehittynyt aivokuori, mutta rakenne, josta se kehittyi, nimeltään pallium , on läsnä kaikissa selkärankaisissa, jopa kaikkein alkeellisimmissa, kuten lampissa tai hagfishissa . Pallium on yleensä jaettu kolmeen vyöhykkeeseen: mediaalinen, lateraalinen ja dorsaalinen. Mediaalinen pallium muodostaa hippokampuksen edeltäjän. Se ei muistuta visuaalisesti hippokampusta, koska kerrokset eivät ole vääntyneet S -muotoon eivätkä ne ole kääritty hammaskiveen, mutta homologia on osoitettu vahvoilla kemiallisilla ja toiminnallisilla affiniteeteilla. Nyt on näyttöä siitä, että nämä hippokampuksen kaltaiset rakenteet ovat mukana linnun, matelijan ja kalan alueellisessa kognitiossa.

Linnut

Lintujen kirjeenvaihto on riittävän vakiintunut, jotta useimmat anatomit viittaavat mediaaliseen pallialialle "lintujen hippokampukseksi". Lukuisilla lintulajeilla on vahvat tilataidot, erityisesti niillä, jotka välittävät ruokaa. On näyttöä siitä, että ruoka-välimuistissa olevilla linnuilla on suurempi hippokampus kuin muilla linnuilla ja että hippokampuksen vaurioituminen heikentää paikkamuistia.

Kalastaa

Kalojen tarina on monimutkaisempi. In teleost kalat (jotka muodostavat valtaosan nykyisten lajia), etuaivojen on vääristynyt verrattuna muihin selkärankaisten: useimmat neuroanatomien uskovat, että teleost etuaivossa pohjimmiltaan everted, kuten sukka käännetään nurinpäin, jotta rakenteet jotka sijaitsevat sisäpuolella, kammioiden vieressä, useimmille selkärankaisille, löytyvät ulkopuolelta teleostetuista kaloista ja päinvastoin. Yksi tämän seurauksista on, että tyypillisen selkärankaisen mediaalisen palliumin ("hippokampuksen" vyöhyke) uskotaan vastaavan tyypillisen kalan sivuttaista palliumia. Useilla kalalajeilla (erityisesti kultakala) on kokeellisesti osoitettu olevan vahvat paikkamuistikyvyt, ja ne muodostavat jopa "kognitiivisia karttoja" niiden asuttamista alueista. On näyttöä siitä, että lateraalisen palliumin vaurioituminen heikentää paikkamuistia. Vielä ei tiedetä, onko mediaalisella palliumilla samanlainen rooli vieläkin primitiivisemmillä selkärankaisilla, kuten hailla ja rauskuilla, tai jopa lampeilla ja hagfishilla.

Hyönteiset ja nilviäiset

Joillakin hyönteistyypeillä ja nilviäisillä , kuten mustekala, on myös vahvat spatiaaliset oppimis- ja navigointikyvyt, mutta ne näyttävät toimivan eri tavalla kuin nisäkkäiden tilajärjestelmä, joten ei ole vielä mitään syytä olettaa, että niillä olisi yhteinen evoluution alkuperä ; eikä myöskään aivojen rakenteessa ole riittävästi samankaltaisuutta, jotta näissä lajeissa voitaisiin tunnistaa mitään "hippokampusta" muistuttavaa. Jotkut ovat kuitenkin ehdottaneet, että hyönteisten sienikehoilla voi olla samanlainen toiminto kuin hippokampuksella.

Lisäkuvia

Huomautuksia

Viitteet

Tämä artikkeli toimitettiin WikiJournal of Medicine -yritykselle ulkoista akateemista vertaisarviointia varten vuonna 2016 ( arvioijaraportit ). Päivitetty sisältö integroitiin uudelleen Wikipedia-sivulle CC-BY-SA-3.0- lisenssillä ( 2017 ). Tiedoston versio tarkistettuna on: Marion Wright; et ai. (11. maaliskuuta 2017). "Hippokampus". WikiJournal of Medicine . 4 (1). doi : 10.15347/WJM/2017.003 . ISSN  2002-4436 . Wikidata  Q43997714 .

Lue lisää

Ulkoiset linkit