Hərəkət həyatdır. Bu ifadəni həm irəli getmək, bir yerdə dayanıb istədiyinizə nail olmaq motivasiyası, həm də demək olar ki, bütün canlıların həyatlarının çox hissəsini hərəkətdə keçirdiklərinin ifadəsi kimi şərh etmək olar. Kosmosdakı hərəkətlərimizin və hərəkətlərimizin hər dəfə alnımızdakı qabar və kiçik barmaqların qırılması ilə bitməməsini təmin etmək üçün beynimiz hərəkət anında şüursuz olaraq ortaya çıxan ətraf mühitin saxlanmış “xəritələrindən” istifadə edir. Ancaq belə bir fikir var ki, beynin bu xəritələri kənardan deyil, belə demək mümkünsə, bu xəritəyə bir insan yerləşdirərək və birinci şəxsin baxışından məlumat toplayaraq istifadə edir. Boston Universitetinin alimləri laboratoriya siçovulları ilə bir sıra praktik təcrübələr apararaq bu nəzəriyyəni sübut etmək qərarına gəliblər. Beyin əslində kosmosda necə hərəkət edir, hansı hüceyrələr iştirak edir və bu tədqiqat avtonom avtomobillərin və robotların gələcəyi üçün hansı rol oynayır? Bu barədə araşdırma qrupunun hesabatından öyrənirik. Get.
Tədqiqat bazası
Beləliklə, uzun illər əvvəl müəyyən edilmiş fakt budur ki, beynin kosmosda oriyentasiyaya cavabdeh olan əsas hissəsi hipokampusdur.
Hipokampus müxtəlif proseslərdə iştirak edir: emosiyaların formalaşması, qısamüddətli yaddaşın uzunmüddətli yaddaşa çevrilməsi və məkan yaddaşının formalaşması. Məhz, beynimizin kosmosda daha effektiv oriyentasiya üçün lazımi anda çağırdığı “xəritələrin” mənbəyi məhz sonuncudur. Başqa sözlə, hipokampus beynin sahibinin yerləşdiyi məkanın üçölçülü sinir modellərini saxlayır.
Hipokamp
Həqiqi naviqasiya ilə hipokampusdan alınan xəritələr arasında aralıq bir mərhələnin olduğunu ifadə edən bir nəzəriyyə var - bu xəritələri birinci şəxs görünüşünə çevirmək. Yəni bir insan ümumiyyətlə bir şeyin harada olduğunu (real xəritələrdə gördüyümüz kimi) deyil, özünə nisbətən bir şeyin harada yerləşəcəyini anlamağa çalışır (Google Xəritələrdə "küçə görünüşü" funksiyası kimi).
Nəzərdən keçirdiyimiz işin müəllifləri aşağıdakıları vurğulayırlar: Ətraf mühitin idrak xəritələri allosentrik sistemdə hipokampal formalaşmada kodlanır, lakin motor bacarıqları (hərəkətlərin özləri) eqosentrik sistemdə təmsil olunur.
UFO: Naməlum düşmən (allosentrik sistem) və DOOM (eqosentrik sistem).
Allosentrik və eqosentrik sistemlər arasındakı fərq, üçüncü şəxs baxımından oyunlar (və ya yan görünüş, yuxarıdan görünüş və s.) və birinci şəxs baxımından oyunlar arasındakı fərqə bənzəyir. Birinci halda bizim üçün mühitin özü, ikincidə bu mühitə nisbətən mövqeyimiz önəmlidir. Beləliklə, allosentrik naviqasiya planları faktiki həyata keçirmək üçün eqosentrik sistemə çevrilməlidir, yəni. kosmosda hərəkət.
Tədqiqatçılar bunun dorsomedial olduğuna inanırlar zolaq (DMS)* yuxarıdakı prosesdə mühüm rol oynayır.
İnsan beyninin striatum.
Striatum* - beynin bazal qanqliyalara aid hissəsi; striatum əzələ tonusunun, daxili orqanların və davranış reaksiyalarının tənzimlənməsində iştirak edir; Striatum, boz və ağ maddənin alternativ zolaqlarından ibarət quruluşuna görə "striatum" da adlanır.
DMS kosmosda naviqasiya ilə bağlı qərarların qəbulu və hərəkətlərin yerinə yetirilməsi ilə bağlı sinir reaksiyalarını nümayiş etdirir, buna görə də beynin bu bölgəsi daha ətraflı öyrənilməlidir.
Tədqiqatın nəticələri
Striatumda (DMS) eqosentrik məkan məlumatının olub-olmamasını müəyyən etmək üçün 4 erkək siçovula DMS-ni hədəf alan 16-a qədər tetrod (beynin istənilən sahələrinə qoşulmuş xüsusi elektrodlar) implantasiya edilmişdir.1a).
Şəkil №1: Eqosentrik istinad çərçivəsində striatal hüceyrələrin ətraf mühitin sərhədlərinə reaksiyası.
1 nömrəli şəkil üçün izahatlar:а — tetrode yerləşmə nöqtələri;
b — eqosentrik sərhəd xəritəsi;
с — allosentrik məkan xəritələri (solda 4 kvadrat), bədənin vəziyyətinə nisbətən hüceyrə reaksiyasının pik nöqtələrinin yerlərinin rənglə kodlanmış trayektoriya planları və müxtəlif istiqamətlərdə və EBC hüceyrələrinin reaksiyasına əsaslanan eqosentrik xəritələr (sağda 4 kvadrat) siçovul və divar arasındakı məsafələr;
d - kimi 1s, lakin heyvandan uzaq məsafələrə üstünlük verilən EBC üçün;
e - kimi 1s, lakin iki tərs EBC üçün;
f — müşahidə olunan hüceyrələr üçün orta nəticə uzunluğunun paylanması;
g - hərəkət istiqaməti və baş istiqamətindən istifadə edərək EBC üçün orta nəticə uzunluğunun paylanması;
h — hüceyrələrin orta reaksiyasının paylanması (hamısı və EBC).
44 təcrübə aparıldı ki, siçovullar təsadüfi səpələnmiş qidaları tanış məkanda (labirintdə deyil, açıq) topladılar. Nəticədə 939 hüceyrə qeydə alınıb. Toplanmış məlumatlardan 31 baş istiqaməti hüceyrəsi (HDC) müəyyən edildi, lakin hüceyrələrin yalnız kiçik bir hissəsində, dəqiq olaraq 19-da allosentrik məkan korrelyasiyaları var idi. Üstəlik, ətraf mühitin perimetri ilə məhdudlaşan bu hüceyrələrin fəaliyyəti yalnız siçovulun sınaq kamerasının divarları boyunca hərəkəti zamanı müşahidə edildi ki, bu da məkanın sərhədlərinin kodlaşdırılması üçün eqosentrik bir sxem təklif edir.
Hüceyrələrin pik fəaliyyətinə əsaslanan bu cür eqosentrik təmsilin imkanlarını qiymətləndirmək üçün eqosentrik sərhəd xəritələri yaradılmışdır (1b) başının mövqeyindən çox, siçovulun hərəkət istiqamətinə nisbətən sərhədlərin oriyentasiyasını və məsafəsini təsvir edən (müqayisə 1g).
Qeydə alınmış hüceyrələrin 18% -i (171-dan 939-i) kameranın sərhədi eksperimental birinə nisbətən müəyyən bir mövqe və istiqamət tutduqda əhəmiyyətli reaksiya göstərdi (1f). Alimlər onları eqosentrik sərhəd hüceyrələri (EBCs) adlandırırlar. eqosentrik sərhəd hüceyrələri). Eksperimental subyektlərdə belə hüceyrələrin sayı orta hesabla 15 olmaqla 70 ilə 42.75 arasında dəyişdi.1c, 1d).
Eqosentrik hüdudların hüceyrələri arasında kameranın sərhədlərinə cavab olaraq fəaliyyəti azalanlar da var idi. Onların cəmi 49-u var idi və onlar tərs EBCs (iEBCs) adlanırdı. EBC və iEBC-də orta hüceyrə reaksiyası (onların fəaliyyət potensialı) olduqca aşağı idi - 1,26 ± 0,09 Hz (1h).
EBC hüceyrə populyasiyası test mövzusuna nisbətən kamera sərhədinin bütün istiqamətlərinə və mövqelərinə cavab verir, lakin üstünlük verilən oriyentasiyanın paylanması heyvanın hər iki tərəfində bir-birinə qarşı 180 ° (-68 ° və 112 °) yerləşən zirvələrlə bimodaldır. , heyvanın uzun oxuna perpendikulyardan 22° bir qədər kənarlaşdırılaraq (2d).
Şəkil №2: Eqosentrik sərhəd hüceyrələrinin (EBCs) cavabı üçün üstünlük verilən oriyentasiya və məsafə.
2 nömrəli şəkil üçün izahatlar:a — hər bir qrafikin yuxarısında göstərilən fərqli üstünlük istiqamətləri ilə eyni vaxtda yoxlanılan dörd EBC üçün eqosentrik sərhəd xəritələri;
b - hüceyrələrə uyğun olaraq tetrodların mövqeyi 2a (rəqəmlər tetrod nömrəsini göstərir);
с — bir siçovulun bütün EBC-ləri üçün üstünlük verilən istiqamətlərin ehtimal paylanması;
d — bütün siçovulların EBC üçün üstünlük verilən istiqamətlərin ehtimal paylanması;
е — göstərilən hüceyrələr üçün tetrod mövqeləri 2f;
f - hər bir qrafikin yuxarısında göstərilən müxtəlif üstünlük verilən məsafələrə malik altı eyni vaxtda qeydə alınmış EBC üçün eqosentrik sərhəd xəritələri;
g — bir siçovulun bütün EBC-ləri üçün üstünlük verilən məsafənin ehtimal paylanması;
h — bütün siçovulların EBC üçün üstünlük verilən məsafənin ehtimal paylanması;
i nöqtələrin rəngi və diametri ilə təmsil olunan məkanın ölçüsü ilə bütün EBC-lər üçün üstünlük verilən məsafənin və üstünlük verilən oriyentasiyanın qütb sahəsidir.
Sərhədlərə üstünlük verilən məsafənin paylanması üç zirvədən ibarət idi: 6.4, 13.5 və 25.6 sm, EBC-lər arasında üç fərqli üstünlük verilən məsafənin mövcudluğunu göstərir (2f-2h), iyerarxik naviqasiya axtarış strategiyası üçün vacib ola bilər. EBC qəbuledici sahələrinin ölçüsü üstünlük verilən məsafədən asılı olaraq artdı (2i), bu, sərhədlərin eqosentrik təsvirinin düzgünlüyünün divar və eksperimental subyekt arasındakı məsafənin azalması ilə artdığını göstərir.
Həm üstünlük verilən oriyentasiya, həm də məsafə aydın topoqrafiyaya malik deyildi, çünki obyektin divara nisbətən fərqli istiqamətləri və məsafələri olan aktiv EBC-ləri eyni tetrodda göründü (2a, 2b, 2e и 2f).
Həmçinin müəyyən edilmişdir ki, EBC-lər sınaq kameralarının istənilən versiyasında məkanın sərhədlərinə (kameranın divarları) ardıcıl cavab verir. EBC-lərin kameranın distal xüsusiyyətlərinə deyil, yerli sərhədlərinə cavab verdiyini təsdiqləmək üçün elm adamları kameranın mövqeyini 45° “fırladıb” və bir neçə divarı qara rəngə çevirib, onu əvvəlki sınaqlarda istifadə ediləndən fərqli edib.
Məlumatlar həm adi sınaq kamerasında, həm də fırlanan kamerada toplanıb. Test kamerasındakı dəyişikliyə baxmayaraq, EBC test subyektlərinin divarlarına nisbətən bütün üstünlük verilən istiqamətlər və məsafələr eyni qaldı.
Bucaqların əhəmiyyətini nəzərə alaraq, EBC-lərin bu yerli ekoloji atributları unikal şəkildə kodlaşdırması ehtimalı da nəzərdən keçirilmişdir. Künclərə yaxın reaksiya ilə divarın ortasına yaxın cavab arasındakı fərqi təcrid etməklə, künclərə artan reaksiya göstərən EBC hüceyrələrinin bir hissəsini (n = 16; 9,4%) müəyyən etdik.
Beləliklə, aralıq nəticəyə gələ bilərik ki, kameranın perimetrinə, yəni sınaq kamerasının divarlarına və künclərinə yaxşı cavab verən EBC hüceyrələridir.
Daha sonra elm adamları EBC hüceyrələrinin açıq kosmosa reaksiyasının (labirintsiz sınaq arenası, yəni sadəcə 4 divar) test otağı sahəsinin müxtəlif versiyaları üçün eyni olub-olmadığını yoxladılar. 3 qaçış aparıldı, hər birində divarların uzunluğu əvvəlkilərdən 50 sm fərqlənirdi.
Test kamerasının ölçüsündən asılı olmayaraq, EBC-lər onun sərhədlərinə test mövzusuna nisbətən eyni məsafədə və oriyentasiyada cavab verdilər. Bu, cavabın ətraf mühitin ölçüsünə uyğun olmadığını göstərir.
Şəkil №3: EBC hüceyrələrinin məkan sərhədlərinə sabit reaksiyası.
3 nömrəli şəkil üçün izahatlar:а — normal şəraitdə (solda) və sınaq kamerası 45° çevrildikdə (sağda) eqosentrik EBC xəritələri;
b — 1.25 x 1.25 m (solda) ölçülü kamera və 1.75 x 1.75 m (sağda) böyüdülmüş kamera üçün eqosentrik EBC xəritələri;
с — adi qara kamera divarları (solda) və naxışlı divarları olan (sağda) eqosentrik EBC xəritələri;
d-f — üstünlük verilən məsafənin qrafikləri (yuxarı) və əsas xəttə (aşağıya) nisbətən üstünlük verilən oriyentasiya dəyişiklikləri.
Striatum beynin görmə qabığının bir neçə sahəsindən ətraf mühit haqqında məlumat aldığı üçün elm adamları divarların görünüşünün təsir edib-etmədiyini də sınaqdan keçirdilər (3s) EBC hüceyrələrinin cavabı üzrə kameralar.
Kosmosun sərhədlərinin görünüşünün dəyişdirilməsi EBC hüceyrələrinin reaksiyasına və ya eksperimental mövzuya nisbətən reaksiya üçün tələb olunan məsafə və oriyentasiyaya təsir göstərməmişdir.
Şəkil #4: Ətraf mühitdən asılı olmayaraq EBC hüceyrə reaksiyasının ardıcıllığı.
4 nömrəli şəkil üçün izahatlar:а — tanış (solda) və yeni (sağda) mühitlərdə EBC üçün eqosentrik xəritələr;
b — eyni mühitdə alınmış, lakin vaxt intervalı ilə EBC üçün eqosentrik xəritələr;
с — üstünlük verilən məsafənin (yuxarı) qrafikləri və yeni (tanış olmayan) mühitlər üçün bazaya (aşağıya) nisbətən üstünlük verilən oriyentasiyada dəyişikliklər;
d — əvvəllər öyrənilmiş (tanış) mühitlər üçün əsas (aşağı) ilə müqayisədə üstünlük verilən məsafənin (yuxarı) və üstünlük verilən oriyentasiya dəyişikliklərinin qrafikləri.
Həmçinin müəyyən edilmişdir ki, EBC hüceyrələrinin reaksiyası, eləcə də eksperimental subyektə nisbətən tələb olunan oriyentasiya və məsafə zamanla dəyişmir.
Bununla belə, bu "vaxtında" sınaq eyni sınaq kamerasında aparıldı. EBC-nin məlum şərtlərə reaksiyası ilə yeni şərtlər arasında hansı fərqin olduğunu da yoxlamaq lazım idi. Bunu etmək üçün, siçovulların əvvəlki sınaqlardan bildikləri bir kameranı, sonra isə açıq sahəsi olan yeni kameraları öyrəndikdə bir neçə qaçış həyata keçirildi.
Təxmin etdiyiniz kimi, yeni kameralarda EBC hüceyrə reaksiyası + istədiyiniz oriyentasiya/məsafə dəyişməz qaldı (4a, 4c).
Beləliklə, EBC cavabı, divarların görünüşündən, sınaq kamerasının sahəsindən, onun hərəkətindən və vaxtdan asılı olmayaraq, həmin mühitin bütün növlərində sınaq subyektinə nisbətən ətraf mühitin sərhədlərinin sabit təsvirini təmin edir. palatada keçirilən mövzu.
Tədqiqatın nüansları ilə daha ətraflı tanış olmaq üçün baxmağı məsləhət görürəm и ona.
Epiloq
Bu işdə elm adamları kosmosda oriyentasiya üçün son dərəcə vacib olan ətraf mühitin eqosentrik təsviri nəzəriyyəsini praktikada təsdiq edə bildilər. Onlar göstərdilər ki, allosentrik məkan təsviri ilə faktiki fəaliyyət arasında eqosentrik sərhəd hüceyrələri (EBC) adlanan striatumda müəyyən hüceyrələri əhatə edən aralıq proses var. Həm də aşkar edilmişdir ki, EBC-lər yalnız test subyektlərinin başını deyil, bütün bədənin hərəkətini idarə etməklə daha çox əlaqəlidir.
Bu tədqiqat kosmosda oriyentasiyanın tam mexanizmini, onun bütün komponentlərini və dəyişənlərini müəyyən etmək məqsədi daşıyırdı. Alimlərin fikrincə, bu iş avtonom avtomobillər və bizim kimi ətrafdakı məkanı dərk edə biləcək robotlar üçün naviqasiya texnologiyalarını daha da təkmilləşdirməyə kömək edəcək. Tədqiqatçılar beynin müəyyən sahələri arasındakı əlaqəni və kosmosda naviqasiyanın necə həyata keçirildiyini öyrənməyə davam etməyə əsas verən işlərinin nəticələrindən son dərəcə məmnundurlar.
Diqqətiniz üçün təşəkkür edirik, maraqlanın və hər kəsə xoş həftə keçirin! 🙂
Bizimlə qaldığınız üçün təşəkkür edirik. Məqalələrimizi bəyənirsinizmi? Daha maraqlı məzmun görmək istəyirsiniz? Sifariş verməklə və ya dostlarınıza tövsiyə etməklə bizə dəstək olun, Bizim tərəfimizdən sizin üçün ixtira edilmiş giriş səviyyəli serverlərin unikal analoquna Habr istifadəçiləri üçün 30% endirim: (RAID1 və RAID10, 24 nüvəyə qədər və 40 GB DDR4 ilə mövcuddur).
Dell R730xd 2 dəfə ucuzdur? Yalnız burada Hollandiyada! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - 99 dollardan! haqqında oxuyun
Mənbə: www.habr.com