Мозг может настроить свою навигационную систему даже без визуальных ориентиров
Нейробиологи из Университета Балтимора показали, как нейроны гиппокампа работают при формировании когнитивной карты, на которой отражаются положение и скорость. Оказалось, что мозг может оценить и калибровать скорость движения даже при отсутствии визуальных ориентиров. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Neuroscience.
«Когда вы перемещаетесь в пространстве, у вас есть много конкурирующей сенсорной информации, сообщающей вам, где вы находитесь и как быстро вы двигаетесь. Ваш мозг должен это все обрабатывать и понимать», — говорит соавтор работы Ноа Коуэн.
В гиппокампе есть особые нейроны места, которые позволяют мозгу строить когнитивную карту пути и оценивать местоположение. За обработку скорости отвечают нейроны скорости. Эти нейроны вместе с нейронами направления головы, нейронами решетки и нейронами границы позволяют мозгу построить когнитивную карту положения.
Например, когда человек идет по туннелю, покрытому разметкой (и никаких других визуальных ориентиров нет), его мозг определяет скорость, с которой разметка движется мимо, помогая оценить пройденное расстояние и вычислить относительное положение в пространстве.
Ученые задались вопросом: что будет если ориентиры сами придут в движение или исчезнут? Как мозг будет оценивать скорость и определять положение? Чтобы выяснить это, нейробиологи поставили остроумный опыт на крысах.
Как мозг ориентируется в пространстве без ориентиров
Крысу поместили под купол, покрытый светящимися полосами. Крыс привлекали капли шоколадного молока, и животные двигались за ними по кругу. Полосы служили подсказкой мозгу грызунов об их скорости и положении в пространстве. Реакция нейронов места и нейронов скорости в гиппокампе постоянно регистрировалась, и было видно, как формируется когнитивная карта пути.
Тогда команда заставила полосы вращаться в направлении противоположном движению животного. Как показала реакция нейронов гиппокампа крысы были уверены, что их движение ускорилось в два раза, хотя на самом деле они двигались с той же скоростью. Их положение на когнитивной карте было искажено.
Тогда полосы погасили. Исследователи обнаружили, что крыса по-прежнему была уверена, что ее скорость выше, чем в реальности. Мозг оценивал скорость «по памяти».
Навигация и деменция
Результаты исследования дают ценную информацию в двух ключевых областях. Во-первых, они дают представление о работе важных нейронов гиппокампа, — области мозга, которая сильнее всего страдает при болезни Альцгеймера и других видах деменции. Во-вторых, исследование уточняет ответ на давний вопрос о том, как животные ориентируются в мире.
«Поскольку навигационная система тесно связана со всей системой памяти в мозге, мы надеемся, что знание того, как она создает эти когнитивные карты, позволит нам понять, как память слабеет во время старения и во время деменции», — пишут ученые.
Эти результаты имеют значение и для робототехники. Коуэн отметил, что это открытие может помочь в разработке алгоритмов искусственного интеллекта и машинного обучения, предназначенных для обработки визуальной информации и представлении положении в пространстве у роботов.