Organizational Principles of Entorhinal Grid Maps

Abstract

Norsk Sammendrag: Prinsipper for organisering av stedssansen Nevrovitenskap er et relativt nytt felt med bidrag fra flere disipliner, som anatomi, fysiologi, psykologi og fysikk. Vår forståelse av hjernens funksjoner har hatt en enorm vekst de siste tiårene, både takket være teknologisk utvikling som har gjort nødvendige eksperiment mulig, og på grunn av stor konseptuell utvikling. Et underfelt i nevrovitenskap omfatter forståelsen av hvordan minner skapes og representeres i hjernen. Dette forskningsfeltet har hatt eksepsjonell fremgang. Med muligheten til å spille inn signaler fra populasjoner av enkle nevroner har et nevralt nettverk for intern stedssans blitt åpenbart, og dette har ført til innsikter i nevrale mekanismer bak hvordan minner skapes, konsolideres og hentes frem. Dette nevrale nettverket omfatter flere sammenknyttede hjernestrukturer og subområder med særegne kvaliteter som alle bidrar til hukommelsesprosessene. Innad i disse hjernestrukturene finnes det gradienter, både anatomiske og funksjonelle, som indikerer ulike nivå av prosessering av minner gjennom ulik grad av spatiell resolusjon. Ved det ene anatomiske endepunktet viser både stedsrepresentasjonen og episodisk hukommelse detaljerte attributter, mens i den andre enden av den anatomiske aksen er stedsrepresentasjonen bred og kontekstuell, og relasjonen til episodisk hukommelse er av en helhetlig og omfattende karakter. Disse variasjonene langs den anatomiske aksen kan være gradvise, eller de kan bestå av diskrét og parallell prosessering i en modulær organisering. Arbeidet i denne tesen demonstrerer at en viktig struktur oppstrøms for hukommelsens kjerne utviser en diskrét og modulær organisering av en kritisk komponent i stedssansen som er antatt å strukturere episodisk hukommelse via et internt generert koordinatsystem. Forekomsten av slike uavhengige og parallelle informasjonsstrømmer til hovedsetet for hukommelse har flere viktige implikasjoner for vår forståelse av stedssans og episodisk hukommelse. Videre har arbeidet i denne tesen demonstrert mekanismer bak forankring av det interne koordinatsystemet til geometrien i den eksterne verden. Dette knytter internt generert geometri til strukturen i miljøet.

Summary: Neuroscience is a fairly young field combining input from many disciplines such as anatomy, physiology, psychology, and physics. Our understanding of brain function has seen major growth in the last few decades, both due to technological developments that have aided experimental pursuits and in terms of conceptual and computational leaps. A subfield of neuroscience concerns how memories are formed and represented in the brain, and this area has shown exceptional progress. With the ability to record from populations of single neurons, a neural circuitry of internal representations of space has been described, revealing neural mechanisms behind memory encoding, consolidation, and retrieval. This circuitry spans several interconnected brain areas and subareas with heterogenous features which all have important roles in these memory processes. Gradients exist within these structures, both at the anatomical and functional level, indicating different levels of parallel encoding of memories at different spatial resolutions. At one anatomical pole spatial representations and episodic memory display detailed attributes, while at the other anatomical extreme spatial representations are broad and contextual, and the relation to episodic memory is comprehensive in character. These variations along an anatomical axis may be gradual or they may constitute discrete parallel processing in a modular organization. The work in this thesis has demonstrated that an important input structure to the seat of memory formation displays discrete modular organization of a critical spatial component believed to structure the formation of episodic memory via an internally generated coordinate system. The existence of multiple independent and parallel input streams from this structure has several important implications for our understanding of spatial cognition and episodic memory formation. Further, this work has demonstrated mechanisms for anchoring the internal coordinate system to the geometry of the external environment, linking internally generated geometry to external boundaries.