Cognição Espacial e Navegação

A cognição espacial refere-se a como o cérebro representa o espaço e apoia a navegação, a capacidade de saber onde se está e de encontrar o caminho para os objetivos. A formação hipocampal e o córtex entorrinal contêm neurónios especializados, incluindo células de lugar que disparam em localizações particulares e células de grade que cobrem o ambiente com um padrão triangular, que em conjunto fornecem uma métrica interna e um mapa do espaço.

Definition

A cognição espacial e a navegação são o estudo de como o cérebro codifica a localização e o arranjo do ambiente e utiliza estas representações, proeminentemente no sistema hipocampal-entorrinal, para apoiar a orientação e o movimento direcionado a objetivos através do espaço.

Scope

Este tópico abrange a base neural da cognição espacial e da navegação como material de referência em neurociência cognitiva. Apresenta a ideia do mapa cognitivo, células de lugar e de grade e neurónios espaciais relacionados, as contribuições do sistema hipocampal-entorrinal e a relevância destes mecanismos para a memória e para as perturbações que afetam a navegação. Explica mecanismos e evidências e não é uma orientação clínica.

Core questions

• Como o cérebro representa a localização e o arranjo espacial do ambiente?
• Que papéis desempenham as células de lugar, as células de grade e os neurónios relacionados na construção de um mapa do espaço?
• Como as funções espaciais da formação hipocampal estão relacionadas com o seu papel na memória episódica?

Key concepts

• Mapa cognitivo
• Células de lugar
• Células de grade
• Células de direção da cabeça
• Células de fronteira e limite
• Quadros de referência alocêntricos versus egocêntricos
• Integração de caminho
• Sistema hipocampal-entorrinal

Key theories

Teoria do mapa cognitivo do hipocampo

O hipocampo constrói uma representação alocêntrica, semelhante a um mapa, do ambiente que apoia a navegação flexível; as células de lugar fornecem a evidência neural de que o hipocampo codifica a localização de um animal dentro de tal mapa.

Métrica baseada em grade entorrinal para o espaço

As células de grade no córtex entorrinal medial disparam em múltiplas localizações dispostas numa rede triangular regular, fornecendo um sistema de coordenadas periódico baseado na distância que pode apoiar a integração de caminho e fornecer informação espacial ao hipocampo.

Mechanisms

A representação espacial no cérebro emerge de vários tipos de células especializadas. As células de lugar hipocampais disparam seletivamente quando um animal ocupa uma localização particular, representando coletivamente a posição dentro de um ambiente (O'Keefe & Dostrovsky, 1971). No córtex entorrinal medial, as células de grade disparam em múltiplas posições formando uma rede triangular regular, fornecendo uma métrica para o espaço que apoia a integração de caminho, a atualização da posição a partir de pistas de auto-movimento (Hafting et al., 2005). Estas são complementadas por células de direção da cabeça que sinalizam a direção de orientação e por células de fronteira que respondem aos limites ambientais. Em conjunto, este circuito hipocampal-entorrinal é pensado para construir e usar um mapa cognitivo, integrando a codificação espacial com o papel mais amplo do sistema na memória episódica (Moser et al., 2008).

Clinical relevance

Uma vez que o sistema hipocampal-entorrinal apoia tanto a navegação espacial como a memória, a desorientação e a dificuldade de navegação são características informativas na forma como clínicos e investigadores compreendem condições como a doença de Alzheimer, que afeta precocemente as regiões entorrinal e hipocampal. Esta entrada é uma referência educacional para a base neural da cognição espacial e não é uma base para diagnosticar ou gerir qualquer indivíduo.

Evidence & guidelines

A estrutura baseia-se em décadas de registo de unidades únicas em animais em movimento livre, complementado por neuroimagem humana e estudos de lesão (O'Keefe & Dostrovsky, 1971; Hafting et al., 2005), sintetizados em revisões autorizadas (Moser et al., 2008). A descoberta das células de lugar e de grade foi reconhecida pelo Prémio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2014 atribuído a O'Keefe e a May-Britt e Edvard Moser.

History

A ideia de que os animais formam mapas internos foi proposta por Edward Tolman em 1948 com base em fundamentos comportamentais. Em 1971, O'Keefe e Dostrovsky descobriram as células de lugar hipocampais, dando ao mapa cognitivo uma base neural elaborada no livro de O'Keefe e Nadel de 1978. Em 2005, o laboratório Moser relatou células de grade no córtex entorrinal, revelando uma métrica periódica para o espaço. Estas descobertas, reconhecidas pelo Prémio Nobel de 2014, estabeleceram o sistema hipocampal-entorrinal como o sistema de posicionamento interno do cérebro.

Debates

O hipocampo é dedicado ao espaço ou à memória de forma mais ampla?

A teoria do mapa cognitivo enfatiza a representação espacial, enquanto as explicações baseadas na memória defendem que a codificação espacial é um exemplo de um papel mais geral na memória relacional e episódica; conciliar as funções espaciais e mnemónicas do hipocampo continua a ser uma questão ativa.

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

O que são células de lugar e células de grade?

As células de lugar são neurónios hipocampais que disparam quando um animal está numa localização específica, representando em conjunto onde ele está. As células de grade são neurónios entorrinais que disparam em muitas localizações dispostas numa grade triangular regular, fornecendo uma métrica para distância e direção. Juntas, elas apoiam um mapa interno usado para navegação.

Por que a mesma região cerebral está envolvida tanto na navegação quanto na memória?

O sistema hipocampal-entorrinal apoia tanto a representação espacial quanto a memória episódica. Uma visão influente é que representar onde e quando os eventos ocorrem é uma estrutura natural para organizar memórias, então a codificação espacial e a memória podem ser duas facetas do mesmo sistema relacional, embora a relação ainda seja debatida.