Где в мозге находится компас, который помогает нам не заблудиться
Исследователи из Бирмингемского университета и Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана впервые смогли определить местоположение внутреннего нейронного компаса, который человеческий мозг использует для ориентации в пространстве и перемещения в окружающей среде.
Модель активности мозга, которая помогает нам не заблудиться, была выявлена в исследовании, опубликованном в журнале Nature Human Behaviour.
Измерение нейронной активности человека во время движения является сложной задачей, поскольку большинство доступных технологий (в первую очередь фМРТ) требуют, чтобы участники оставались совершенно неподвижными. В новом исследовании нейробиологи решили эту проблему, используя мобильные устройства ЭЭГ и камеру захвата движения.
Соавтор работы Бенджамин Дж. Гриффитс сказал: «Мы знаем, что у птиц, крыс и летучих мышей есть нейронные схемы, которые помогают им не сбиться с пути, но мы на удивление мало знаем о том, как человеческий мозг справляется с этим в реальном мире».
Как искали нейронный компас
Группа из 52 здоровых добровольцев приняла участие в серии экспериментов по отслеживанию движений. Активность их мозга записывалась с помощью датчиков ЭЭГ, расположенных на голове. Это позволило исследователям отслеживать сигналы в мозге участников, когда они поворачивали голову, чтобы посмотреть на тот или другой компьютерный монитор.
В другом исследовании нейробиологи отслеживали сигналы 10 участников, которые проходили внутричерепной электродный мониторинг на наличие эпилепсии. Здесь была возможность считывать внутричерепную активность нейронов гиппокампа и соседних регионов.
Задания, которые получали участники экспериментов, или требовали от них поворачивать голову, или изменить направление взгляда, а сигналы мозга, возникающие при этих движениях считывались с их ЭЭГ-шапочек в одном эксперименте, и от внутричерепных электродов — в другом.
В результате ученые выявили нейронный сигнал, который описывает изменения в ориентации головы. Источником этого сигнала является медиальная височная доля. Последующий анализ позволил отделить сигналы направления головы от сигналов, связанных с вращением головы. При сравнении сигнала направления головы и сигнала направления взгляда, ученые обнаружили, что мозг поддерживает оба сигнала во время активной навигации, причем более сильный сигнал, связан с направлением головы и возникает именно в медиальной височной доле.
То есть, «компас», отвечающий за наше направление находится в медиальной височной доле, и он позволяет нам сохранять выбранное направление и учитывать, куда и насколько мы отклонились.
Доктор Гриффитс говорит: «Выделение этих сигналов позволяет нам по-настоящему сосредоточиться на том, как мозг обрабатывает навигационную информацию и как эти сигналы работают вместе с другими сигналами, такими как визуальные ориентиры. Наш подход открыл новые возможности для исследования изменений, происходящих при нейродегенеративных заболеваниях, и даже для улучшения навигационных технологий в робототехнике и искусственном интеллекте».
В будущей работе исследователи планируют применить свои знания для изучения того, как мозг ориентируется во времени.