When we park in a big parking lot, how do we remember where we parked our car? Here's the problem facing Homer. And we're going to try to understand what's happening in his brain.
Kur parkojmë një vend të madh parkimi, si na kujtohet se ku kemi parkuar makinën? Ja problemi me të cilin përballet Homeri. Dhe ne do përpiqemi të kuptojmë se çfarë po ndodh në trurin e tij.
So we'll start with the hippocampus, shown in yellow, which is the organ of memory. If you have damage there, like in Alzheimer's, you can't remember things including where you parked your car. It's named after Latin for "seahorse," which it resembles. And like the rest of the brain, it's made of neurons.
Kështu ne do të fillojmë me hipokampusin, që paraqitet me të verdhë, i cili është organi i kujtesës. Nëse keni ndonjë dëmtim aty, si në sëmundjen e Alzheimer, nuk ju kujtohen gjërat si ku e keni parkuar makinën. Emri i tij rrjedh nga latinishtja që do të thotë "kali i detit" të cilit i gjason. Dhe sikur pjesa tjetër e trurit, përbëhet nga neuronet.
So the human brain has about a hundred billion neurons in it. And the neurons communicate with each other by sending little pulses or spikes of electricity via connections to each other. The hippocampus is formed of two sheets of cells, which are very densely interconnected. And scientists have begun to understand how spatial memory works by recording from individual neurons in rats or mice while they forage or explore an environment looking for food.
Truri i njerëzve ka rreth 100 miliardë neurone në të. Dhe neuronet komunikojnë me njëri-tjetrin duke dërguar goditje të vogla elektrike përmes lidhjes tek njëri-tjetri. Hipokampusi formohet nga dy shtresa të qelizave, të cilat janë shumë të ndërlidhura dendur. Shkencëtarët kanë filluar ta kuptojnë se si funksionon kujtesa hapësinore duke regjistuar nga neuronet individuale në minj derisa ata hulumtojnë një mjedis duke kërkuar për ushqim.
So we're going to imagine we're recording from a single neuron in the hippocampus of this rat here. And when it fires a little spike of electricity, there's going to be a red dot and a click. So what we see is that this neuron knows whenever the rat has gone into one particular place in its environment. And it signals to the rest of the brain by sending a little electrical spike. So we could show the firing rate of that neuron as a function of the animal's location. And if we record from lots of different neurons, we'll see that different neurons fire when the animal goes in different parts of its environment, like in this square box shown here. So together they form a map for the rest of the brain, telling the brain continually, "Where am I now within my environment?"
Kështu do imagjinojmë se po regjistrojmë nga secili neuron në hipokampusi i këtij miu. Dhe kur jep një goditje elektrike, do të shfaqet një pikë e kuqe dhe një klikim. Kështu çfarë shohim është që ky neuron e di kur ka shkuar miu në një vend të veçantë në ambientin e tij. Dhe i jep sinjal gjithë pjesës tjetër të trurit duke dërguar një goditje të vogël elektrike. Kështu ne do mund tregonim shkallën e goditjes së atij neuroni si funksion të lokacionit të kafshës. Dhe nëse regjistrojmë nga shumë lloje të neuroneve, do të shohim se neurone të ndryshme gjuajnë kur kafsha shkon në pjesë të ndryshme të ambientit të tij, sikur në këtë kutinë katrore që shihet këtu. Së bashku ato formojnë një hartë për pjesën tjetër të trurit, duke i treguar trurit vazhdimisht, "Ku gjendem momentalisht përbrenda mjedisit tim?"
Place cells are also being recorded in humans. So epilepsy patients sometimes need the electrical activity in their brain monitoring. And some of these patients played a video game where they drive around a small town. And place cells in their hippocampi would fire, become active, start sending electrical impulses whenever they drove through a particular location in that town.
Këto qeliza po hulumtohen edhe tek njerëzit. Pacientët me epilepsi ndonjëherë kanë nevojë për monitorim të aktivitetit elektrik në trurin e tyre. Disa nga këta pacientë kanë luajtur një video lojë ku ata vozisin përreth një qyteti të vogël. Qelizat në hipokampus bëheshin aktive dhe fillonin të jepnin sinjale elektrike sa herë që ata vozisnin në një vend të veçantë në atë qytet.
So how does a place cell know where the rat or person is within its environment? Well these two cells here show us that the boundaries of the environment are particularly important. So the one on the top likes to fire sort of midway between the walls of the box that their rat's in. And when you expand the box, the firing location expands. The one below likes to fire whenever there's a wall close by to the south. And if you put another wall inside the box, then the cell fires in both place wherever there's a wall to the south as the animal explores around in its box. So this predicts that sensing the distances and directions of boundaries around you -- extended buildings and so on -- is particularly important for the hippocampus. And indeed, on the inputs to the hippocampus, cells are found which project into the hippocampus, which do respond exactly to detecting boundaries or edges at particular distances and directions from the rat or mouse as it's exploring around.
Atëhere si e di një qelizë ku është miu apo personi përbrenda mjedisit të tij? Këto dy qeliza këtu na tregojnë se kufijtë e mjedisit janë shumë të rëndësishëm. Ajo në maje gjuan diku në mes të mureve të kutisë ku gjendet miu. Nëse kutia është më e madhe, atëherë rritet edhe lokacioni i gjuajtjeve. Ajo poshtë gjuan sa herë që ka mur afër në jug. Dhe nëse vendos një mur tjetër brenda kutisë, atëherë qeliza gjuan në të dy vendet kudo që gjendjet muri në jug derisa kafsha eksploron përreth kutisë. Kështu kjo parashikon të kuptuarit e distancës dhe orientimit të kufijve rreth teje -- hapësirave të zgjeruara etj. -- është shumë e rëndësishme për hipokampus. Dhe me të vërtetë, sa i përket sinjaleve në hipokampus, ka qeliza që projektojnë në hipokampus, të cilat i përgjigjen saktësisht përcaktimit të kufijve në distanca dhe drejtime të veçanta nga miu përderisa kërkon përreth.
So the cell on the left, you can see, it fires whenever the animal gets near to a wall or a boundary to the east, whether it's the edge or the wall of a square box or the circular wall of the circular box or even the drop at the edge of a table, which the animals are running around. And the cell on the right there fires whenever there's a boundary to the south, whether it's the drop at the edge of the table or a wall or even the gap between two tables that are pulled apart. So that's one way in which we think place cells determine where the animal is as it's exploring around.
Kështu qeliza në të majte, mund ta shihni, gjuan sa herë që kafsha i afrohet murit apo kufirit në lindje, nëse është kufiri apo muri i një kutie katrore apo muri rrethor i një kutie të rrumbullakët apo edhe hedhja pranjë një tavoline rreth së cilës lëvizin kafshët. Dhe ajo qeliza në të djathtë gjuan sa herë që ka ndonjë kufi në jug, nëse është hedhja në majë të një tavoline apo një mur ose edhe hapësira mes dy tavolinave që janë larguar nga njëra-tjetra. Kjo është një mënyrë në të cilën ne mendojmë se ato qeliza përcaktojnë se ku është duke eksploruar kafsha.
We can also test where we think objects are, like this goal flag, in simple environments -- or indeed, where your car would be. So we can have people explore an environment and see the location they have to remember. And then, if we put them back in the environment, generally they're quite good at putting a marker down where they thought that flag or their car was. But on some trials, we could change the shape and size of the environment like we did with the place cell.
Po ashtu mund të testojmë atë se ku mendojmë se jane objektet, sikur ky flamur, në mjedise të rëndomta -- ose, ku do të ishte makina juaj. Ne mund të kemi njerëz që eksplorojnë një mjedis dhe të shohin lokacionin të cilin duhet ta kujtojnë. Dhe pastaj, nëse i kthejmë përsëri në atë mjedis, ata kryesisht e dijnë mjaft mirë se ku mendojnë që e kanë parë flamurin apo ku e kanë makinën. Por gjatë disa eksperimenteve, ne ndryshonim formën dhe madhësinë e mjedisit siç bëmë me qelizën e hipokampusit.
In that case, we can see how where they think the flag had been changes as a function of how you change the shape and size of the environment. And what you see, for example, if the flag was where that cross was in a small square environment, and then if you ask people where it was, but you've made the environment bigger, where they think the flag had been stretches out in exactly the same way that the place cell firing stretched out. It's as if you remember where the flag was by storing the pattern of firing across all of your place cells at that location, and then you can get back to that location by moving around so that you best match the current pattern of firing of your place cells with that stored pattern. That guides you back to the location that you want to remember.
Në atë rast, ne mund të shohim si vendi ku ata mendojnë se e kanë parë flamurin ndryshon si funksion i asaj se si ndryshon forma dhe madhësia e mjedisit. Dhe çfarë del, për shembull, nëse flamuri ishte tek ai kryqëzim në një mjedis të vogël katror, dhe pastaj pyet njerësit se ku ishte, por e ke bërë mjedisin më të madh, ku mendojnë ata se ka qenë flamuri zgjerohet saktësisht në të njejtën mënyrë si zgjerohet edhe goditja e qelizave. Është sikur kujton se ku ka qenë flamuri duke ruajtur strukturën e gjuajtes në të gjitha qelizat në atë lokacion, dhe pastaj mund të kthehesh në atë lokacion duke lëvizur përreth në mënyrë që më së miri të përshtatësh strukturën e gjuajtes së qelizave me strukturën e ruajtur. Kjo të kthen prapë në lokacionin që dëshiron ta kujtosh.
But we also know where we are through movement. So if we take some outbound path -- perhaps we park and we wander off -- we know because our own movements, which we can integrate over this path roughly what the heading direction is to go back. And place cells also get this kind of path integration input from a kind of cell called a grid cell.
Por po ashtu e dimë se ku jemi në bazë të lëvizjes. Kështu nëse marrim një rrugë gabim -- ndoshta parkohemi dhe devijojmë -- e dimë sepse lëvizjet tona, të cilat mund t'i integrojmë mbi këtë rrugë na drejtojnë që të kthehemi. Dhe qelizat e hipokampusit po ashtu pranojnë këtë sinjal të integrimit të rrugës nga një lloj qelize që quhet qelizë rrjetore (me gjuatje të shumëfishta).
Now grid cells are found, again, on the inputs to the hippocampus, and they're a bit like place cells. But now as the rat explores around, each individual cell fires in a whole array of different locations which are laid out across the environment in an amazingly regular triangular grid. And if you record from several grid cells -- shown here in different colors -- each one has a grid-like firing pattern across the environment, and each cell's grid-like firing pattern is shifted slightly relative to the other cells. So the red one fires on this grid and the green one on this one and the blue on on this one.
Tani qelizat rrjetore shfaqen përsëri në sinjalet që bëhen në hipokampus, dhe janë disi të ngjajshme me qelizat e hipokampusit. Por tani përderisa miu eksporon përreth, çdo qelizë individuale gjuan në një fushë të tërë me lokacione të ndryshme të cilat shtrihen përgjatë mjedisit në një rrjetë trekëndëshi jashtëzakonisht të rregullt. Dhe nëse registron të dhënat nga disa qeliza rrjetore -- siç mund ta shihni në ngjyra të ndryshime -- secila ka një strukturë gjuajtëse rrjetore përgjatë mjedisit, dhe çdo strukturë gjuajtëse e qelizave rrjetore lëviz varësisht nga qelizat tjera. Kështu e kuqja gjuan në këtë rrjetë dhe e gjelbërta në këtë, kurse e kaltërta në këtë.
So together, it's as if the rat can put a virtual grid of firing locations across its environment -- a bit like the latitude and longitude lines that you'd find on a map, but using triangles. And as it moves around, the electrical activity can pass from one of these cells to the next cell to keep track of where it is, so that it can use its own movements to know where it is in its environment.
Kështu së bashku, është sikur miu mund të vendosi një rrjetë virtuale të lokacioneve të gjuajteve nëpër mjedisin e tij -- disi sikur vijat gjatësisë dhe gjerësise të cilat i shohim në hartë, por duke përdorë trekëndësha. Dhe duke lëvizur përreth, aktiviteti elektrik mund të kalojë nga njëra prej këtyre qelizave në qelizën tjetër për të kujtuar se ku është, në mënyrë që të mund të përdori lëvizjet e veta që të dijë se ku ndodhet në mjedisin e tij.
Do people have grid cells? Well because all of the grid-like firing patterns have the same axes of symmetry, the same orientations of grid, shown in orange here, it means that the net activity of all of the grid cells in a particular part of the brain should change according to whether we're running along these six directions or running along one of the six directions in between. So we can put people in an MRI scanner and have them do a little video game like the one I showed you and look for this signal. And indeed, you do see it in the human entorhinal cortex, which is the same part of the brain that you see grid cells in rats.
A kanë njerëzit qeliza rrjetore? Për shkak se të gjtiha strukturat rrjetore gjuajtëse kanë akse të njejta simetrie, të njejtat orientime në rrjetë, që janë në ngjyrë portokalli këtu, do të thotë që aktiviteti i rrjetës të të gjitha qelizave rrjetore në një pjesë të veçantë të trurit duhet të ndryshojë varësisht nga ajo se a po vrapojmë nëpër këto gjashtë drejtime apo në njërën nga gashtë drejtimet. Mund t'i vendosim njerëzit në Skaner me Rezonancë Magnetike dhe t'i bëjmë të luajnë një video lojë sikur atë që ua tregova dhe të presim për këtë sinjal. Dhe në të vërtetë, mund ta shohësh në lëvoren entrohinale të njeriut, që është pjesa e njejtë e trurit ku janë qelizat rrjetore në minjtë.
So back to Homer. He's probably remembering where his car was in terms of the distances and directions to extended buildings and boundaries around the location where he parked. And that would be represented by the firing of boundary-detecting cells. He's also remembering the path he took out of the car park, which would be represented in the firing of grid cells. Now both of these kinds of cells can make the place cells fire. And he can return to the location where he parked by moving so as to find where it is that best matches the firing pattern of the place cells in his brain currently with the stored pattern where he parked his car. And that guides him back to that location irrespective of visual cues like whether his car's actually there. Maybe it's been towed. But he knows where it was, so he knows to go and get it.
Të kthehemi te Homeri. Atij me siguri po i kujtohet se ku e kishte lënë makinën në aspektin e distancave dhe drejtimeve e gjer tek kufijtë më të gjerë rreth lokacionit ku ishte parkuar. Dhe kjo do të shfaqej me qelizat gjuajtëse të cilat dallojnë kufijtë. Ai po ashtu po kujton rrugën që ka marrë kur po dilte nga parkingu që do të shfaqej në gjuajtjet e qelizave rrjetore. Tani ta dyja këto lloje të qelizave mund të bëjnë qelizat e hipokampusit të gjuajnë. Dhe ai mund të kthehet në lokacionin ku ka parkuar duke lëvizur që ta gjejë se ku është duke përputhur strukturën e gjuajtjeve momentale të qelizave të hipokampusit me strukturën e ruajtur se ku kishte parkuar makinën. Dhe kjo e kthen atë tek ai lokacion pavarësisht nga sinjalet vizuale se a është makina në fakt atje. Ndoshta është rimorkuar. Por ai e di se ku ka qenë, kështu që di që të shkojë ta marri.
So beyond spatial memory, if we look for this grid-like firing pattern throughout the whole brain, we see it in a whole series of locations which are always active when we do all kinds of autobiographical memory tasks, like remembering the last time you went to a wedding, for example. So it may be that the neural mechanisms for representing the space around us are also used for generating visual imagery so that we can recreate the spatial scene, at least, of the events that have happened to us when we want to imagine them.
Kështu përtej kujtesës hapësinore, nëse e shohim këtë strukturë të gjuajtjeve në mënyrë rrjetore në gjithë trurin, atëhere do ta shohim në lokacione të shumta ku jemi shumë aktiv kur bëjmë gjithë ato detyra autobiografike të kujtesës, si p.sh. kur kujtojmë herën e fundit kur kemi qenë në dasëm. Kështu ndoshta mekanizmat nervorë për të pasqyruar hapësirën rreth nesh po ashtu përdoren për të gjeneruar imazhe vizuale në mënyrë që të rikrijojmë skenën hapësinore, të paktën, të ngjarjeve që na kanë ndodhur kur dëshirojmë t'i imagjinojmë.
So if this was happening, your memories could start by place cells activating each other via these dense interconnections and then reactivating boundary cells to create the spatial structure of the scene around your viewpoint. And grid cells could move this viewpoint through that space. Another kind of cell, head direction cells, which I didn't mention yet, they fire like a compass according to which way you're facing. They could define the viewing direction from which you want to generate an image for your visual imagery, so you can imagine what happened when you were at this wedding, for example.
Kështu nëse kjo do ndodhte, kujtimet tuaja do ngjalleshin nga qelizat e hipokampusit duke aktivizuar njëra-tjetrën përmes ndërlidhjes së tyrë të dendur dhe pastaj duke riaktivizuar qelizat e kufijve për të krijuar strukturën hapësinore të skenës përreth pikës tënde të vrojtimit. Dhe qelizat rrjetore do mund ta lëviznin këtë pikë vrojtimi nëpër hapësirë. Një lloj tjetër i qelizave, qelizat kokë-drejtuese, të cilat ende nuk i kam përmendur, ato gjuajnë në formë kompasi varësisht nga cila anë je duke shikuar. Ato mund të definojnë drejtimin nga i cili shikon nga i cili mund të gjenerosh një imazh për imazhet tua vizuale, kështu p.sh. ti mund ta imagjinosh se çfarë ka ndodhur kur ke qenë në dasëm.
So this is just one example of a new era really in cognitive neuroscience where we're beginning to understand psychological processes like how you remember or imagine or even think in terms of the actions of the billions of individual neurons that make up our brains.
Ky është vetëm një shembull i një epoke të re në shkencën e sistemit nervor kognitiv ku po fillojmë të kuptojmë proceset psikologjike si kujtojmë apo imagjinojmë apo edhe mendojmë në aspektin e veprimeve të miliarda neuroneve individuale që përbëjnë trurin tonë.
Thank you very much.
Shumë faleminderit.
(Applause)
(Duartrokitje)