Le cerveau est capable d’encoder sa propre position dans l’espace.
Après vous avoir conseillé de découvrir le livre ‘Votre cerveau est une machine du temps’ dans l’article précédent : 19/07/, je ne peux que vous recommander de lire l’article publié dans Phys.Org, le 21 juillet : ‘Nouveau modèle pour l’origine des cellules de quadrillage.’ Article communiqué in extenso à la fin de celui-ci : ‘New model for the origin of grid cells’. Ce modèle est défini pour les mammifères, classe qui inclut évidemment aussi l’Homme. Et qui nous concerne car comme le précise D. Buonomano : « Ainsi la plupart de notre bagage neuronal, provient de celui des animaux… ». Cet article nous confirmerait que le repérage spatio-temporel est un propre de l’être humain.
« Les cellules nerveuses, dans le cerveau identifiées comme cellules de position et cellules de quadrillage, jouent respectivement un rôle crucial pour la navigation spatiale chez les mammifères. Les cellules de position spatiale dans l’hippocampe répondent seulement à quelques localisations spatiales. Les cellules de quadrillage dans l’entorhinal[1] complexe, d’un autre côté, s’embrasent dans des multiples positions dans l’environnement, de façon que des éléments spécifiques (specific sets) sont consécutivement activés quand un animal traverse son habitat. Ce modèle d’activation donne naissance à une carte virtuelle, composée d’un arrangement hexagonal de cellules de quadrillage qui reflète les distances relatives entre des points de repère dans le monde réel. Le cerveau est donc capable de construire une carte virtuelle qui encode sa propre position dans l’espace. »
« Les auteurs de ce nouvel article attribuent dans leur modèle un rôle central aux corrélations dans la synchronisation des séquences des réponses neuronales générées par les différentes cellules de position. Les éléments de ces catégories de cellules deviennent actifs quand l’animal atteint certaines positions dans l’espace, et ils transmettent des impulsions nerveuses, dans des précises séquences temporelles bien coordonnées, qui suivent un modèle rythmique particulier, et en conséquence encodent les distances spatiales relatives. Les auteurs ont utilisé une règle d’apprentissage neuronal classique, connue comme la règle de Hebb, pour analyser les corrélations temporelles entre les modèles d’embrasement des cellules de position et l’organisation des cellules de quadrillage. Les règles de Hebb postulent qu’une activation répétée (apprentissage) de deux neurones fonctionnelles couplés par une rapide succession augmente progressivement l’efficacité de la transmission synaptique entre eux. En appliquant ce concept de la plasticité de l’activité-dépendance synaptique au modèle de l’embrasement temporel corrélé des cellules de position, les auteurs peuvent rendre compte de la formation des dispositions hexagonales des cellules de quadrillage comme observé au cours de navigation libre des mammifères. »
« Ce nouveau modèle implique que les cellules de quadrillage sont générées par un processus d’apprentissage neuronal…ce modèle prédit donc que les cellules de quadrillage devraient premièrement provenir des couches profondes du cortex entorhinal. »
Enfin pour terminer cet article, je rappelle ce que nous écrit D. Buonomano, page 182 : « Notre habileté à nous saisir de la notion de temps a été cooptée des circuits neuronaux qui développent la navigation, la représentation, et la compréhension de l’espace »
Ainsi je n’ai pas besoin de proposer un commentaire supplémentaire car j’avais d’une façon ou d’une autre, depuis longtemps, préparé le terrain à une rapide compréhension de ces découvertes. Réjouissons-nous du grand bond intellectuel que nous venons de franchir grâce aux publications quasi simultanées dont nous venons de tirer profit à propos de la nature de l’espace-temps et de sa source.
New model for the origin of grid cells
July 21, 2017
Ludwig Maximilian University of Munich neurobiologists present a new theory for the origin of the grid cells required for spatial orientation in the mammalian brain, which assigns a vital role to the timing of trains of signals they receive from neurons called place cells.
Nerve cells in the brain known as place cells and grid cells, respectively, play a crucial role in spatial navigation in mammals. Individual place cells in the hippocampus respond to only a few spatial locations. The grid cells in the entorhinal complex, on the other hand, fire at multiple positions in the environment, such that specific sets are consecutively activated as an animal traverses its habitat. These activation patterns give rise to a virtual map, made up of a hexagonal arrangement of grid cells that reflect the relative distances between particular landmarks in the real world. The brain is therefore capable of constructing a virtual map which encodes its own position in space.
The Nobel Prize for Medicine and Physiology 2015 went to the discoverers of this system, which has been referred to as the brain's GPS. However, the developmental relationship between place cells and grid cells, as well as the mechanism of origin of grid cells and their disposition in hexagonal lattices remain unclear. Now LMU neurobiologists Professor Christian Leibold and his coworker Mauro Miguel Monsalve Mercado have proposed a new theoretical model, which for the first time provides a plausible model based on known biological processes. The model implies that the development of grid cells and their response fields depend on synaptic input from place cells. The new findings are described in the journal Physical Review Letters.
The authors of the new paper assign a central role in their model to correlations in the timing of the neuronal response sequences generated by different place cells. The members of these groups become active when the animal reaches certain locations in space, and they transmit nerve impulses in precisely coordinated temporal sequences, which follow a particular rythmic patterns, and thereby encode relative spatial distances. Leibold and Monsalve Mercado have used a classical neuronal learning rule, known as Hebb's rule, to analyze the temporal correlations between the firing patterns of place cells and the organization of the grid cells. Hebb's rule states that repeated activation of two functionally coupled neurons in quick succession progressively enhances the efficiency of synaptic transmission between them. By applying this concept of activity-dependent synaptic plasticity to the correlated temporal firing patterns of place cells, the authors can account for the formation of the hexagonal dispositions of grid cells observed in freely navigating mammals.
"The models so far proposed to explain the development of grid cells on the basis of input from place cells were unspecific about the precises underlying biological mechanisms. We have now, for the first time, been able to construct a coherent model for the origin of grid cells which makes use of known biological mechanisms," says Christian Leibold. The new model implies that grid cells are generated by a neuronal learning process. This process exploits synaptic plasticity to transform temporal coordinated signaling between place cells into the hexagonal patterns of grid-cells reponses observed in the entorhinal complex. The model therefore predicts that the grid cells should first arise in the deep layers of the entorhinal cortex.
Explore further: Why grid-cell lattices are hexagonal
More information: Mauro M. Monsalve-Mercado et al. Hippocampal Spike-Timing Correlations Lead to Hexagonal Grid Fields, Physical Review Letters (2017). DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.038101
Space is represented in the mammalian brain by the activity of hippocampal place cells, as well as in their spike-timing correlations. Here, we propose a theory for how this temporal code is transformed to spatial firing rate patterns via spike-timing-dependent synaptic plasticity. The resulting dynamics of synaptic weights resembles well-known pattern formation models in which a lateral inhibition mechanism gives rise to a Turing instability. We identify parameter regimes in which hexagonal firing patterns develop as they have been found in medial entorhinal cortex.
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.038101
[1] Ce terme ne se trouve pas dans un dictionnaire français ni dans wikipédia. Il faut aller dans le wikipedia anglais pour trouver sa définition et d’excellentes explications. On découvre ainsi pourquoi la langue française s’assèche dans le domaine scientifique et ne suit pas le cours de son temps. Cela signifie aussi qu’il y a assèchement de l’activité scientifique francophone et tout aussi inquiétant : une barrière linguistique installée rendant impossible une large diffusion intellectuelle et culturelle des nouveaux savoirs en direction de la population.
Le cerveau est capable d’encoder sa propre position dans l’espace.
Après vous avoir conseillé de découvrir le livre ‘Votre cerveau est une machine du temps’ dans l’article précédent : 19/07/, je ne peux que vous recommander de lire l’article publié dans Phys.Org, le 21 juillet : ‘Nouveau modèle pour l’origine des cellules de quadrillage.’ Article communiqué in extenso à la fin de celui-ci : ‘New model for the origin of grid cells’. Ce modèle est défini pour les mammifères, classe qui inclut évidemment aussi l’Homme. Et qui nous concerne car comme le précise D. Buonomano : « Ainsi la plupart de notre bagage neuronal, provient de celui des animaux… ». Cet article nous confirmerait que le repérage spatio-temporel est un propre de l’être humain.
« Les cellules nerveuses, dans le cerveau identifiées comme cellules de position et cellules de quadrillage, jouent respectivement un rôle crucial pour la navigation spatiale chez les mammifères. Les cellules de position spatiale dans l’hippocampe répondent seulement à quelques localisations spatiales. Les cellules de quadrillage dans l’entorhinal[1] complexe, d’un autre côté, s’embrasent dans des multiples positions dans l’environnement, de façon que des éléments spécifiques (specific sets) sont consécutivement activés quand un animal traverse son habitat. Ce modèle d’activation donne naissance à une carte virtuelle, composée d’un arrangement hexagonal de cellules de quadrillage qui reflète les distances relatives entre des points de repère dans le monde réel. Le cerveau est donc capable de construire une carte virtuelle qui encode sa propre position dans l’espace. »
« Les auteurs de ce nouvel article attribuent dans leur modèle un rôle central aux corrélations dans la synchronisation des séquences des réponses neuronales générées par les différentes cellules de position. Les éléments de ces catégories de cellules deviennent actifs quand l’animal atteint certaines positions dans l’espace, et ils transmettent des impulsions nerveuses, dans des précises séquences temporelles bien coordonnées, qui suivent un modèle rythmique particulier, et en conséquence encodent les distances spatiales relatives. Les auteurs ont utilisé une règle d’apprentissage neuronal classique, connue comme la règle de Hebb, pour analyser les corrélations temporelles entre les modèles d’embrasement des cellules de position et l’organisation des cellules de quadrillage. Les règles de Hebb postulent qu’une activation répétée (apprentissage) de deux neurones fonctionnelles couplés par une rapide succession augmente progressivement l’efficacité de la transmission synaptique entre eux. En appliquant ce concept de la plasticité de l’activité-dépendance synaptique au modèle de l’embrasement temporel corrélé des cellules de position, les auteurs peuvent rendre compte de la formation des dispositions hexagonales des cellules de quadrillage comme observé au cours de navigation libre des mammifères. »
« Ce nouveau modèle implique que les cellules de quadrillage sont générées par un processus d’apprentissage neuronal…ce modèle prédit donc que les cellules de quadrillage devraient premièrement provenir des couches profondes du cortex entorhinal. »
Enfin pour terminer cet article, je rappelle ce que nous écrit D. Buonomano, page 182 : « Notre habileté à nous saisir de la notion de temps a été cooptée des circuits neuronaux qui développent la navigation, la représentation, et la compréhension de l’espace »
Ainsi je n’ai pas besoin de proposer un commentaire supplémentaire car j’avais d’une façon ou d’une autre, depuis longtemps, préparé le terrain à une rapide compréhension de ces découvertes. Réjouissons-nous du grand bond intellectuel que nous venons de franchir grâce aux publications quasi simultanées dont nous venons de tirer profit à propos de la nature de l’espace-temps et de sa source.
New model for the origin of grid cells
July 21, 2017
Ludwig Maximilian University of Munich neurobiologists present a new theory for the origin of the grid cells required for spatial orientation in the mammalian brain, which assigns a vital role to the timing of trains of signals they receive from neurons called place cells.
Nerve cells in the brain known as place cells and grid cells, respectively, play a crucial role in spatial navigation in mammals. Individual place cells in the hippocampus respond to only a few spatial locations. The grid cells in the entorhinal complex, on the other hand, fire at multiple positions in the environment, such that specific sets are consecutively activated as an animal traverses its habitat. These activation patterns give rise to a virtual map, made up of a hexagonal arrangement of grid cells that reflect the relative distances between particular landmarks in the real world. The brain is therefore capable of constructing a virtual map which encodes its own position in space.
The Nobel Prize for Medicine and Physiology 2015 went to the discoverers of this system, which has been referred to as the brain's GPS. However, the developmental relationship between place cells and grid cells, as well as the mechanism of origin of grid cells and their disposition in hexagonal lattices remain unclear. Now LMU neurobiologists Professor Christian Leibold and his coworker Mauro Miguel Monsalve Mercado have proposed a new theoretical model, which for the first time provides a plausible model based on known biological processes. The model implies that the development of grid cells and their response fields depend on synaptic input from place cells. The new findings are described in the journal Physical Review Letters.
The authors of the new paper assign a central role in their model to correlations in the timing of the neuronal response sequences generated by different place cells. The members of these groups become active when the animal reaches certain locations in space, and they transmit nerve impulses in precisely coordinated temporal sequences, which follow a particular rythmic patterns, and thereby encode relative spatial distances. Leibold and Monsalve Mercado have used a classical neuronal learning rule, known as Hebb's rule, to analyze the temporal correlations between the firing patterns of place cells and the organization of the grid cells. Hebb's rule states that repeated activation of two functionally coupled neurons in quick succession progressively enhances the efficiency of synaptic transmission between them. By applying this concept of activity-dependent synaptic plasticity to the correlated temporal firing patterns of place cells, the authors can account for the formation of the hexagonal dispositions of grid cells observed in freely navigating mammals.
"The models so far proposed to explain the development of grid cells on the basis of input from place cells were unspecific about the precises underlying biological mechanisms. We have now, for the first time, been able to construct a coherent model for the origin of grid cells which makes use of known biological mechanisms," says Christian Leibold. The new model implies that grid cells are generated by a neuronal learning process. This process exploits synaptic plasticity to transform temporal coordinated signaling between place cells into the hexagonal patterns of grid-cells reponses observed in the entorhinal complex. The model therefore predicts that the grid cells should first arise in the deep layers of the entorhinal cortex.
Explore further: Why grid-cell lattices are hexagonal
More information: Mauro M. Monsalve-Mercado et al. Hippocampal Spike-Timing Correlations Lead to Hexagonal Grid Fields, Physical Review Letters (2017). DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.038101
Space is represented in the mammalian brain by the activity of hippocampal place cells, as well as in their spike-timing correlations. Here, we propose a theory for how this temporal code is transformed to spatial firing rate patterns via spike-timing-dependent synaptic plasticity. The resulting dynamics of synaptic weights resembles well-known pattern formation models in which a lateral inhibition mechanism gives rise to a Turing instability. We identify parameter regimes in which hexagonal firing patterns develop as they have been found in medial entorhinal cortex.
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.038101
[1] Ce terme ne se trouve pas dans un dictionnaire français ni dans wikipédia. Il faut aller dans le wikipedia anglais pour trouver sa définition et d’excellentes explications. On découvre ainsi pourquoi la langue française s’assèche dans le domaine scientifique et ne suit pas le cours de son temps. Cela signifie aussi qu’il y a assèchement de l’activité scientifique francophone et tout aussi inquiétant : une barrière linguistique installée rendant impossible une large diffusion intellectuelle et culturelle des nouveaux savoirs en direction de la population.
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