Kognisi Spasial dan Navigasi

Kognisi spasial berkaitan dengan bagaimana otak merepresentasikan ruang dan mendukung navigasi, yaitu kemampuan untuk mengetahui di mana seseorang berada dan menemukan jalan menuju tujuan. Formasi hipokampus dan korteks entorinal mengandung neuron-neuron khusus, termasuk sel tempat (place cells) yang aktif di lokasi tertentu dan sel kisi (grid cells) yang melapisi lingkungan dengan pola segitiga, yang bersama-sama menyediakan metrik internal dan peta ruang.

Definition

Kognisi spasial dan navigasi adalah studi tentang bagaimana otak mengodekan lokasi dan tata letak lingkungan serta menggunakan representasi ini, terutama dalam sistem hipokampus-entorinal, untuk mendukung orientasi dan gerakan yang diarahkan pada tujuan melalui ruang.

Scope

Topik ini mencakup dasar saraf kognisi spasial dan navigasi sebagai materi referensi dalam ilmu saraf kognitif. Ini memperkenalkan ide peta kognitif, sel tempat dan sel kisi serta neuron spasial terkait, kontribusi sistem hipokampus-entorinal, dan relevansi mekanisme ini terhadap memori dan gangguan yang memengaruhi navigasi. Ini menjelaskan mekanisme dan bukti dan bukan panduan klinis.

Core questions

• Bagaimana otak merepresentasikan lokasi dan tata letak spasial lingkungan?
• Peran apa yang dimainkan oleh sel tempat, sel kisi, dan neuron terkait dalam membangun peta ruang?
• Bagaimana fungsi spasial formasi hipokampus terkait dengan perannya dalam memori episodik?

Key concepts

• Peta kognitif
• Sel tempat
• Sel kisi
• Sel arah kepala
• Sel batas dan perbatasan
• Kerangka acuan alosentris versus egosentris
• Integrasi jalur
• Sistem hipokampus-entorinal

Key theories

Teori peta kognitif hipokampus

Hipokampus membangun representasi lingkungan yang alosentris dan mirip peta yang mendukung navigasi fleksibel; sel tempat memberikan bukti saraf bahwa hipokampus mengodekan lokasi hewan dalam peta tersebut.

Metrik berbasis kisi entorinal untuk ruang

Sel kisi di korteks entorinal medial aktif di beberapa lokasi yang tersusun dalam kisi segitiga reguler, menyediakan sistem koordinat periodik berbasis jarak yang dapat mendukung integrasi jalur dan menyalurkan informasi spasial ke hipokampus.

Mechanisms

Representasi spasial di otak muncul dari beberapa jenis sel khusus. Sel tempat hipokampus (hippocampal place cells) aktif secara selektif ketika seekor hewan menempati lokasi tertentu, secara kolektif merepresentasikan posisi dalam suatu lingkungan (O'Keefe & Dostrovsky, 1971). Di korteks entorinal medial, sel kisi (grid cells) aktif pada beberapa posisi yang membentuk kisi segitiga reguler, menyediakan metrik untuk ruang yang mendukung integrasi jalur (path integration), yaitu pembaruan posisi dari isyarat gerak diri (Hafting et al., 2005). Ini dilengkapi oleh sel arah kepala (head-direction cells) yang memberi sinyal arah hadap dan oleh sel batas (border cells) yang merespons batas lingkungan. Bersama-sama, sirkuit hipokampus-entorinal ini diperkirakan membangun dan menggunakan peta kognitif, mengintegrasikan pengodean spasial dengan peran sistem yang lebih luas dalam memori episodik (Moser et al., 2008).

Clinical relevance

Karena sistem hipokampus-entorinal mendukung navigasi spasial dan memori, disorientasi dan kesulitan navigasi merupakan fitur informatif dalam bagaimana dokter dan peneliti memahami kondisi seperti penyakit Alzheimer, yang memengaruhi daerah entorinal dan hipokampus pada tahap awal. Entri ini adalah referensi edukasi tentang dasar saraf kognisi spasial dan bukan dasar untuk mendiagnosis atau mengelola individu mana pun.

Evidence & guidelines

Kerangka kerja ini didasarkan pada puluhan tahun rekaman unit tunggal pada hewan yang bergerak bebas, dilengkapi dengan pencitraan saraf manusia dan studi lesi (O'Keefe & Dostrovsky, 1971; Hafting et al., 2005), yang disintesis dalam tinjauan otoritatif (Moser et al., 2008). Penemuan sel tempat dan sel kisi diakui oleh Hadiah Nobel Fisiologi atau Kedokteran 2014 yang diberikan kepada O'Keefe serta May-Britt dan Edvard Moser.

History

Gagasan bahwa hewan membentuk peta internal diusulkan oleh Edward Tolman pada tahun 1948 berdasarkan perilaku. Pada tahun 1971 O'Keefe dan Dostrovsky menemukan sel tempat hipokampus, memberikan peta kognitif dasar saraf yang diuraikan dalam buku O'Keefe dan Nadel tahun 1978. Pada tahun 2005 laboratorium Moser melaporkan sel kisi di korteks entorinal, mengungkapkan metrik periodik untuk ruang. Penemuan-penemuan ini, yang diakui oleh Hadiah Nobel 2014, menetapkan sistem hipokampus-entorinal sebagai sistem penentuan posisi internal otak.

Debates

Apakah hipokampus didedikasikan untuk ruang atau memori secara lebih luas?

Teori peta kognitif menekankan representasi spasial, sedangkan akun berbasis memori berpendapat bahwa pengodean spasial adalah salah satu contoh peran yang lebih umum dalam memori relasional dan episodik; mendamaikan fungsi spasial dan mnemonik hipokampus tetap menjadi pertanyaan aktif.

Key figures

• John O'Keefe
• Edvard Moser
• May-Britt Moser
• Lynn Nadel
• Edward Tolman

Seminal works

• okeefe-dostrovsky-1971
• hafting-2005
• moser-2008

Frequently asked questions

Apa itu sel tempat dan sel kisi?

Sel tempat adalah neuron hipokampus yang aktif ketika seekor hewan berada di lokasi tertentu, secara bersama-sama merepresentasikan di mana ia berada. Sel kisi adalah neuron entorinal yang aktif di banyak lokasi yang tersusun dalam kisi segitiga reguler, menyediakan metrik untuk jarak dan arah. Bersama-sama mereka mendukung peta internal yang digunakan untuk navigasi.

Mengapa wilayah otak yang sama terlibat dalam navigasi dan memori?

Sistem hipokampus-entorinal mendukung representasi spasial dan memori episodik. Salah satu pandangan yang berpengaruh adalah bahwa merepresentasikan di mana dan kapan peristiwa terjadi adalah kerangka kerja alami untuk mengatur memori, sehingga pengodean spasial dan memori mungkin merupakan dua aspek dari sistem relasional yang sama, meskipun hubungannya masih diperdebatkan.