Новости

Как мозг создает карты внешнего мира

Как мозг создает карты внешнего мира

В течение десятилетия ученые были озадачены тем, как «внутренние карты» человеческого мозга соединяются с внешним миром. Новое исследование, изданное в журнале Nature, попыталось решить эту головомку.

Ученые ранее нового исследования – из Норвежского университета естественных и технических наук в Трондхейме, Норвегия – сравнили внутреннюю карту мозга с тем, как мы могли бы использовать карту и компас, чтобы связать линии долготы с территорией вокруг нас во время пешей прогулки.

Лауреаты Нобелевской премии Эдвард Мозер и Май-Бритт Моузер ранее обнаружили «клетки координатной сетки» в мозге, которые являются главной ссылкой в пространственной навигационной системе нашего мозга. Эти клетки позволяют внутренним картам сетки «подтянуться» при необходимости вести нас в правильном направлении. Новое исследование помогает объяснить, как эти карты соединены с нашим окружением.

Норвежская команда сделала запись деятельности клеток сетки у крыс, пока животные охотились на крошки печенья вокруг коробки 1,5 м2.

«Мы зафиксировали активность сотен клеток сетки», – говорит Тор Стенсола, исследователь Института Нейробиологии Кавли в Норвегии.

«Изучая информацию более чем от 800 клеток сетки, мы заметили, что образцы сетки, как правило, ориентировались в тех же самых нескольких направлениях, – объясняет Стенсола. – Это было характерно для всех изученных животных. Это предполагает, что карта сетки выравнивает его окружение в систематическом порядке. Клетки сетки, казалось, все были закреплены на одной из местных стен, но всегда с определенным смещением на несколько градусов. Поэтому мы решили исследовать этот вопрос».

Как способ визуализации, исследователи объясняют, что если карта представляла деятельность клеток сетки, представленных в коробке, то она должна выглядеть и быть выровнена каждый раз, когда крыса была в коробке.

Анализируя данные от записей деятельности клеток сетки в мозгах крыс, команда нашла, что эти зарегистрированные карты были последовательны и что каждый образец сетки был связан с одной из стен коробки. Однако оси сеток не были идеально выровнены – они имели наклон. Угол всегда был приблизительно 7,5 градусов.

Стенсола сделала некоторые вычисления и поняла, что могло явиться серьезным основанием для этого конкретного угла:

«При 0 и 15 градусов карта будет симметричной. Другими словами, если бы это были идеально выровненные стены, то отразило бы или кардинальную ось или диагональ квадратной коробки соответственно, что вероятно способствовало бы путанице мест. Угол поворота в 7,5 градусов – это тот угол, который минимизирует симметрию с осями в окружающей среде, тем самым минимизируя эти виды потенциальных ошибок».

Как асимметрия повышает точность внутренних карт

Больше асимметрии было обнаружено в сетках. Если бы карта была симметрична, то модель была бы идеально шестиугольна – вместо этого, исследователи обнаружили, что точки образуют эллипс. Это искажение точек «почти идеально» соответствовало направлению эллипса и показывало в сторону закрепленной сетки.

И снова исследователи используют визуальную метафору, чтобы объяснить это искажение и как оно перемещает части объекта относительно местоположения. Они говорят, подумайте о движении колоды карт по столу. Нижняя карта остается на том же месте, и верхняя карта будет перемещена больше всего, в то время как карты в середине перемещаются в пространстве, которое отражает его положение в колоде.

Имея это в виду, исследователи предположили, что, когда животное сталкивается с новой средой, его мозг формирует карту среды, в которой одна из осей выравнивается идеально с соседней стеной. Постепенно движение в пределах пространства деформирует и искажает карту в 7,5 градусов от закрепленной стены, что создает «стабильную и надежную карту с низкой вероятностью ошибки».

В больших коробках, которые были 2,2 м2, исследователи обнаружили, что карты крыс были той же асимметрии, но теперь они раскололись и превратились в самостоятельные локальные карты для той же самой коробки, закрепленной на противоположных стенах.

"Это всегда большое чувство, когда мы находим решение загадкой, что озадачил нас за десятилетие", - проф. Эдвард Мозер, директор Института Кавли для систем Неврология говорит. Он считает, что результаты имеют важное значение и могут подключаться различных областях науки:

«Это всегда большое чувство, когда мы находим решение тайны, которая терзала нас в течение десятилетия», – говорит профессор Эдвард Мозер, директор Института Нейробиологии Кавли. Он считает, что результаты имеют важное значение и могут соединить различные области науки:

«Результаты дают нам больше ключей к разгадке относительно того, как наши внутренние карты взаимодействуют со средой. Теперь мы должны будем выяснить подробно, как информация об ориентации стен и границ в среде достигает карт сетки, и каким образом эта информация обрабатывается. Возможно, пограничные клетки помогут найти ответ, пока мы не знаем этого точно». 


ВКонтакт Facebook Google Plus Одноклассники Twitter Яндекс Livejournal Liveinternet Mail.Ru