الحركة هي الحياة. يمكن تفسير هذه العبارة على أنها دافع للمضي قدمًا، وليس الوقوف ساكنًا وتحقيق ما تريد، وكبيان لحقيقة أن جميع الكائنات الحية تقريبًا تقضي معظم حياتها في الحركة. ولضمان أن حركاتنا وحركاتنا في الفضاء لا تنتهي بصدمات على جباهنا وكسر في أصابع قدمنا الصغيرة في كل مرة، يستخدم دماغنا "خرائط" مخزنة للبيئة تظهر دون وعي في لحظة حركتنا. ومع ذلك، هناك رأي مفاده أن الدماغ يستخدم هذه الخرائط ليس من الخارج، إذا جاز التعبير، ولكن عن طريق وضع شخص على هذه الخريطة وجمع البيانات من منظور الشخص الأول. وقرر علماء من جامعة بوسطن إثبات هذه النظرية من خلال إجراء سلسلة من التجارب العملية على فئران المختبر. كيف يتنقل الدماغ فعليًا في الفضاء، وما هي الخلايا المشاركة، وما هو الدور الذي يلعبه هذا البحث لمستقبل السيارات ذاتية القيادة والروبوتات؟ نتعرف على هذا من تقرير مجموعة البحث. يذهب.
أساس البحث
لذلك، فإن الحقيقة المثبتة منذ سنوات عديدة هي أن الجزء الرئيسي من الدماغ المسؤول عن التوجه في الفضاء هو الحصين.
ويشارك الحصين في مجموعة متنوعة من العمليات: تكوين العواطف، وتحويل الذاكرة قصيرة المدى إلى ذاكرة طويلة المدى، وتكوين الذاكرة المكانية. وهذا الأخير هو مصدر تلك "الخرائط" ذاتها التي يستدعيها دماغنا في اللحظة المناسبة لتوجيه أكثر فعالية في الفضاء. بمعنى آخر، يقوم الحصين بتخزين نماذج عصبية ثلاثية الأبعاد للمساحة التي يوجد بداخلها صاحب الدماغ.
قرن آمون
هناك نظرية تنص على أنه بين التنقل الفعلي وخرائط الحصين، هناك خطوة وسيطة - تحويل هذه الخرائط إلى منظور الشخص الأول. وهذا يعني أن الشخص يحاول فهم مكان وجود شيء ما ليس بشكل عام (كما نرى على الخرائط الحقيقية)، ولكن حيث سيتم تحديد موقع شيء ما بالنسبة له (مثل وظيفة "التجوّل الافتراضي" في خرائط Google).
يؤكد مؤلفو العمل الذي ندرسه على ما يلي: يتم تشفير الخرائط المعرفية للبيئة في تكوين الحصين في نظام التخصيص، ولكن المهارات الحركية (الحركات نفسها) ممثلة في نظام الأناني.
جسم غامض: Enemy Unknown (نظام مركزي مخصص) وDOOM (نظام مركزي ذاتي).
يشبه الفرق بين الأنظمة المخصصة والأنانية الفرق بين الألعاب من منظور الشخص الثالث (أو العرض الجانبي، أو العرض العلوي، وما إلى ذلك) والألعاب من منظور الشخص الأول. في الحالة الأولى، البيئة نفسها مهمة بالنسبة لنا، في الحالة الثانية، موقفنا بالنسبة لهذه البيئة. وبالتالي، يجب تحويل الخطط الملاحية المخصصة إلى نظام أناني للتنفيذ الفعلي، أي. الحركة في الفضاء.
ويعتقد الباحثون أنه ظهراني وسطي المخطط (DMS)* يلعب دورا حيويا في العملية المذكورة أعلاه.
مخطط الدماغ البشري.
الجسم المخطط* - جزء من الدماغ الذي ينتمي إلى العقد القاعدية. ويشارك الجسم المخطط في تنظيم قوة العضلات والأعضاء الداخلية وردود الفعل السلوكية. يُطلق على الجسم المخطط أيضًا اسم "الجسم المخطط" نظرًا لبنيته المكونة من أشرطة متناوبة من المادة الرمادية والبيضاء.
يُظهر DMS الاستجابات العصبية المرتبطة باتخاذ القرارات وتنفيذ الإجراءات المتعلقة بالتنقل في الفضاء، لذلك يجب دراسة هذه المنطقة من الدماغ بمزيد من التفصيل.
نتائج الدراسة
لتحديد وجود/غياب المعلومات المكانية الأنانية في المخطط (DMS)، تم زرع 4 فئران ذكور بما يصل إلى 16 رباعيات (أقطاب كهربائية خاصة متصلة بالمناطق المرغوبة من الدماغ) تستهدف DMS (1а).
الصورة #1: استجابة الخلايا القاتلة للحدود البيئية في إطار مرجعي أناني.
شرح للصورة رقم 1 :а - نقاط موقع رباعية؛
b - خريطة الحدود الأنانية؛
с - الخرائط المكانية المخصصة (4 مربعات على اليسار)، ومخططات المسار المرمزة بالألوان لمواقع ذروة استجابة الخلية بالنسبة إلى موضع الجسم، والخرائط الأنانية (4 مربعات على اليمين) بناءً على استجابة خلايا EBC في اتجاهات مختلفة و المسافات بين الفئران والجدار.
d - كما في 1sولكن بالنسبة لـ EBC مع المسافات المفضلة بعيدًا عن الحيوان؛
e - كما في 1s، ولكن لاثنين من EBCs معكوسين؛
f — توزيع متوسط الطول الناتج للخلايا المرصودة؛
g - توزيع متوسط الطول الناتج لـ EBC باستخدام اتجاه الحركة واتجاه الرأس؛
h — توزيع متوسط استجابة الخلايا (جميع وEBC).
تم إجراء 44 تجربة قامت فيها الفئران بجمع الطعام المتناثر بشكل عشوائي في مكان مألوف (مفتوح، وليس في متاهة). ونتيجة لذلك، تم تسجيل 939 خلية. من البيانات التي تم جمعها، تم تحديد 31 خلية اتجاه الرأس (HDCs)، ولكن فقط جزء صغير من الخلايا، 19 على وجه الدقة، كان له ارتباطات مكانية مخصصة. علاوة على ذلك، لم تتم ملاحظة نشاط هذه الخلايا، المحدود بمحيط البيئة، إلا أثناء حركة الجرذ على طول جدران غرفة الاختبار، مما يشير إلى مخطط أناني لترميز حدود الفضاء.
لتقييم إمكانيات مثل هذا التمثيل الأناني على أساس نشاط الخلية الذروة، تم إنشاء خرائط الحدود الأنانية (1b)، والتي توضح اتجاه ومسافة الحدود بالنسبة لاتجاه حركة الفئران، بدلا من موضع رأسه (مقارنة مع 1g).
أظهرت 18% من الخلايا المسجلة (171 من أصل 939) استجابة كبيرة عندما احتلت حدود الغرفة موضعًا واتجاهًا معينين بالنسبة إلى الخلية التجريبية (1f). يطلق عليها العلماء اسم الخلايا الحدودية الأنانية (EBCs). الخلايا الحدودية الأنانية). وتراوح عدد هذه الخلايا في المواد التجريبية من 15 إلى 70 بمتوسط 42.75 (1c, 1d).
ومن بين خلايا الحدود الأنانية، كان هناك من انخفض نشاطها استجابة لحدود الغرفة. كان هناك 49 منهم في المجموع وكان يطلق عليهم اسم EBCs العكسي (iEBCs). كان متوسط استجابة الخلية (إمكانيات عملها) في EBC وiEBC منخفضًا جدًا - 1,26 ± 0,09 هرتز (1h).
يستجيب سكان خلية EBC لجميع التوجهات والمواضع الخاصة بحدود الغرفة بالنسبة لموضوع الاختبار، ولكن توزيع الاتجاه المفضل يكون ثنائي النسق مع وجود قمم بزاوية 180 درجة مقابل بعضها البعض على جانبي الحيوان (-68 درجة و112 درجة) ، يتم إزاحتها قليلاً من العمودي على المحور الطويل للحيوان بمقدار 22 درجة (2d).
الصورة #2: الاتجاه والمسافة المفضلة لاستجابة الخلايا الحدودية الأنانية (EBCs).
شرح للصورة رقم 2 :a - خرائط الحدود الأنانية لأربعة EBCs تم فحصها في وقت واحد مع توجهات مفضلة مختلفة موضحة فوق كل رسم بياني؛
b - موقف رباعيات وفقا للخلايا من 2а (تشير الأرقام إلى رقم رباعي)؛
с - التوزيع الاحتمالي للتوجهات المفضلة لجميع EBCs لجرذ واحد؛
d - التوزيع الاحتمالي للتوجهات المفضلة لـ EBC لجميع الفئران؛
е - مواضع رباعية الخلايا الموضحة في 2f;
f - خرائط الحدود الأنانية لستة EBCs مسجلة في وقت واحد مع مسافات مفضلة مختلفة موضحة فوق كل رسم بياني؛
g - التوزيع الاحتمالي للمسافة المفضلة لجميع EBCs لجرذ واحد؛
h - التوزيع الاحتمالي للمسافة المفضلة لـ EBC لجميع الفئران؛
i عبارة عن مخطط قطبي للمسافة المفضلة والاتجاه المفضل لجميع EBCs، مع حجم المساحة الممثلة باللون وقطر النقاط.
يحتوي توزيع المسافة المفضلة على الحدود على ثلاث قمم: 6.4 و13.5 و25.6 سم، مما يشير إلى وجود ثلاث مسافات مفضلة مختلفة بين EBCs (2f-2h)، والتي قد تكون مهمة لاستراتيجية البحث التنقلي الهرمي. زاد حجم الحقول المستقبلة لـ EBC كدالة للمسافة المفضلة (2i) مما يدل على أن دقة التمثيل الأناني للحدود تزداد مع تناقص المسافة بين الجدار وموضوع التجربة.
افتقر كل من الاتجاه المفضل والمسافة إلى تضاريس واضحة، حيث ظهرت خلايا EBC النشطة للموضوع ذات التوجهات والمسافات المختلفة بالنسبة للجدار على نفس رباعي الأطراف (2a, 2b, 2e и 2f).
وقد وجد أيضًا أن EBCs تستجيب باستمرار لحدود الفضاء (جدران الغرفة) في أي إصدار من غرف الاختبار. للتأكد من أن خلايا EBCs تستجيب للحدود المحلية للغرفة بدلاً من ميزاتها البعيدة، قام العلماء "بتدوير" موضع الكاميرا بمقدار 45 درجة وجعلوا عدة جدران سوداء، مما يجعلها مختلفة عن تلك المستخدمة في الاختبارات السابقة.
تم جمع البيانات في غرفة الاختبار العادية وفي الغرفة المدورة. على الرغم من التغيير في غرفة الاختبار، ظلت جميع التوجهات والمسافات المفضلة بالنسبة لجدران موضوعات اختبار EBC كما هي.
نظرًا لأهمية الزوايا، تم أيضًا النظر في إمكانية قيام EBCs بتشفير هذه السمات البيئية المحلية بشكل فريد. من خلال عزل الفرق بين الاستجابة بالقرب من الزوايا والاستجابة بالقرب من منتصف الجدار، حددنا مجموعة فرعية من خلايا EBC (ن = 16؛ 9,4٪) التي تظهر استجابة متزايدة للزوايا.
وبالتالي، يمكننا التوصل إلى نتيجة وسيطة مفادها أن خلايا EBC هي التي تستجيب جيدًا لمحيط الغرفة، أي لجدران غرفة الاختبار وزواياها.
بعد ذلك، اختبر العلماء ما إذا كانت استجابة خلايا EBC للفضاء المفتوح (ساحة اختبار بدون متاهة، أي 4 جدران فقط) هي نفسها بالنسبة للإصدارات المختلفة من منطقة غرفة الاختبار. تم تنفيذ 3 أشواط، في كل منها يختلف طول الجدران عن سابقاتها بمقدار 50 سم.
بغض النظر عن حجم غرفة الاختبار، استجابت EBCs لحدودها على نفس المسافة والاتجاه بالنسبة لموضوع الاختبار. يشير هذا إلى أن الاستجابة لا تتناسب مع الحجم البيئي.
الصورة #3: استجابة مستقرة لخلايا EBC للحدود المكانية.
شرح للصورة رقم 3 :а - خرائط EBC الأنانية في ظل الظروف العادية (يسار) وعندما تم تدوير غرفة الاختبار بمقدار 45 درجة (يمين)؛
b - خرائط EBC الأنانية لكاميرا مقاس 1.25 × 1.25 م (يسار) ولكاميرا مكبرة 1.75 × 1.75 م (يمين)؛
с - خرائط EBC الأنانية بجدران حجرة سوداء عادية (يسار) وجدران منقوشة (يمين)؛
d-f - الرسوم البيانية للمسافة المفضلة (أعلى) والتغيرات في الاتجاه المفضل بالنسبة إلى خط الأساس (أسفل).
ولأن الجسم المخطط يتلقى معلومات عن البيئة من عدة مناطق في القشرة البصرية للدماغ، فقد اختبر العلماء أيضًا ما إذا كان مظهر الجدران يؤثر على (3s) غرف على استجابة خلايا EBC.
لم يكن لتغيير مظهر حدود الفضاء أي تأثير على تفاعل خلايا EBC أو على المسافة والاتجاه المطلوب للتفاعل بالنسبة إلى الموضوع التجريبي.
الصورة #4: تناسق استجابة خلايا EBC بغض النظر عن البيئة.
شرح للصورة رقم 4 :а - خرائط أنانية لـ EBC في البيئات المألوفة (يسار) والجديدة (يمين)؛
b - الخرائط الأنانية لـ EBC، التي تم الحصول عليها في نفس البيئة، ولكن مع فاصل زمني؛
с — الرسوم البيانية للمسافة المفضلة (أعلى) والتغيرات في الاتجاه المفضل بالنسبة إلى خط الأساس (أسفل) للبيئات الجديدة (غير المألوفة)؛
d - الرسوم البيانية للمسافة المفضلة (أعلى) والتغيرات في الاتجاه المفضل بالنسبة إلى خط الأساس (أسفل) للبيئات المدروسة مسبقًا (المألوفة).
وقد وجد أيضًا أن استجابة خلايا EBC، وكذلك الاتجاه والمسافة المطلوبين بالنسبة للموضوع التجريبي، لا تتغير بمرور الوقت.
ومع ذلك، تم إجراء هذا الاختبار "الموقوت" في نفس غرفة الاختبار. وكان من الضروري أيضًا التحقق من الفرق بين استجابة EBC للظروف المعروفة والظروف الجديدة. وللقيام بذلك، تم إجراء عدة جولات عندما قامت الفئران بدراسة غرفة كانت تعرفها بالفعل من الاختبارات السابقة، ثم غرف جديدة ذات مساحة مفتوحة.
كما كنت قد خمنت، فإن استجابة خلية EBC + الاتجاه/المسافة المطلوبة ظلت دون تغيير في الغرف الجديدة (4a, 4c).
وبالتالي فإن استجابة EBC توفر تمثيلاً ثابتًا لحدود البيئة بالنسبة لموضوع الاختبار في جميع أنواع تلك البيئة، بغض النظر عن مظهر الجدران، ومساحة غرفة الاختبار، وحركتها، والوقت الموضوع الذي يقضيه في الغرفة.
لمزيد من التعارف المفصل مع الفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بالنظر и له.
خاتمة
في هذا العمل، تمكن العلماء من تأكيد نظرية التمثيل الأناني للبيئة، وهو أمر مهم للغاية للتوجه في الفضاء. لقد أظهروا أنه بين التمثيل المكاني المخصص والفعل الفعلي، هناك عملية وسيطة تتضمن خلايا معينة في الجسم المخطط، تسمى الخلايا الحدودية الأنانية (EBC). وقد وجد أيضًا أن خلايا EBCs كانت أكثر ارتباطًا بالتحكم في حركة الجسم بأكمله، وليس فقط رأس الأشخاص الخاضعين للاختبار.
هدفت هذه الدراسة إلى تحديد آلية التوجه في الفضاء كاملة بمكوناتها ومتغيراتها. سيساعد هذا العمل، وفقًا للعلماء، في تحسين تقنيات الملاحة للسيارات ذاتية القيادة والروبوتات التي ستكون قادرة على فهم الفضاء المحيط بها، تمامًا كما نفعل نحن. الباحثون سعداء للغاية بنتائج عملهم، والتي توفر سببًا لمواصلة دراسة العلاقة بين مناطق معينة من الدماغ وكيفية تنفيذ التنقل في الفضاء.
شكرا لاهتمامكم ، ابقوا فضوليين واستمتعوا بأسبوع رائع للجميع! 🙂
أشكركم على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ هل تريد رؤية المزيد من المحتويات الشيقة؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية للأصدقاء ، خصم 30٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من الخوادم المبتدئة ، والتي اخترعناها من أجلك: (متوفر مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا وحتى 40 جيجا بايت DDR4).
ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ هنا فقط في هولندا! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 جيجا هرتز 6C 128 جيجا بايت DDR3 2x960 جيجا بايت SSD 1 جيجا بايت في الثانية 100 تيرا بايت - من 99 دولارًا! أقرأ عن
المصدر: www.habr.com