Pokret je život. Ova fraza se može protumačiti i kao motivacija da idete naprijed, da ne stojite mirno i postignete ono što želite, i kao konstatacija činjenice da su gotovo sva živa bića u pokretu većinu svog života. Kako bi osigurali da naši pokreti i pokreti u prostoru ne završavaju svaki put kvrgama na čelu i slomljenim malim prstima na nogama, naš mozak koristi sačuvane „mape“ okoline koje nesvjesno iskaču u trenutku našeg kretanja. . Međutim, postoji mišljenje da mozak ne primjenjuje te karte izvana, da tako kažem, već tako što stavlja osobu na ovu kartu i prikuplja podatke kada se gleda od prvog lica. Naučnici sa Univerziteta u Bostonu odlučili su da dokažu ovu teoriju provodeći niz praktičnih eksperimenata sa laboratorijskim pacovima. Kako se mozak zapravo kreće u svemiru, koje ćelije su uključene i kakvu ulogu ovo istraživanje ima za budućnost autonomnih automobila i robota? O tome saznajemo iz izvještaja istraživačke grupe. Idi.
Osnova istraživanja
Dakle, činjenica utvrđena prije mnogo godina je da je glavni dio mozga odgovoran za orijentaciju u prostoru hipokampus.
Hipokampus je uključen u različite procese: formiranje emocija, transformaciju kratkoročnog pamćenja u dugotrajno i formiranje prostornog pamćenja. Upravo je potonje izvor samih „mapa“ koje naš mozak poziva u pravom trenutku za efikasniju orijentaciju u prostoru. Drugim riječima, hipokampus pohranjuje trodimenzionalne neuronske modele prostora unutar kojeg se nalazi vlasnik mozga.
Hipokampus
Postoji teorija koja kaže da postoji međukorak između stvarne navigacije i mapa iz hipokampusa - transformacija ovih karata u pogled iz prvog lica. Odnosno, osoba pokušava razumjeti gdje se nešto uopće ne nalazi (kao što vidimo na stvarnim mapama), već gdje će se nešto nalaziti u odnosu na njega (poput funkcije „street view“ u Google mapama).
Autori rada koji razmatramo ističu sljedeće: Kognitivne mape okoline su kodirane u hipokampalnoj formaciji u alocentričnom sistemu, ali su motoričke sposobnosti (sami pokreti) zastupljene u egocentričnom sistemu.
NLO: Nepoznati neprijatelj (alocentrični sistem) i DOOM (egocentrični sistem).
Razlika između alocentričnih i egocentričnih sistema je kao razlika između igara trećeg lica (ili pogleda sa strane, pogleda odozgo, itd.) i igara iz prvog lica. U prvom slučaju za nas je važna sama okolina, u drugom naš položaj u odnosu na ovu sredinu. Dakle, alocentrični navigacijski planovi moraju biti pretvoreni u egocentrični sistem za stvarnu implementaciju, tj. kretanje u prostoru.
Istraživači vjeruju da je to dorzomedijalni strijatum (DMS)* igra važnu ulogu u gore navedenom procesu.
Streatum ljudskog mozga.
strijatum* - dio mozga koji pripada bazalnim ganglijama; striatum je uključen u regulaciju mišićnog tonusa, unutrašnjih organa i odgovora ponašanja; Strijatum se naziva i "striatum" zbog svoje strukture naizmjeničnih traka sive i bijele tvari.
DMS demonstrira neuronske odgovore povezane s donošenjem odluka i djelovanjem u odnosu na prostornu navigaciju, tako da ovu regiju mozga treba detaljnije proučavati.
Rezultati studije
Kako bi se utvrdilo prisustvo/odsustvo egocentričnih prostornih informacija u strijatumu (DMS), 4 mužjaka štakora implantirano je do 16 tetroda (specijalnih elektroda povezanih na željena područja mozga) usmjerenih na DMS (1a).
Slika #1: Odgovor strijatalnih ćelija na granice okoline u egocentričnom referentnom okviru.
Objašnjenja za sliku #1:а - tačke lokacije tetroda;
b - egocentrična karta granica;
с — alocentrične prostorne karte (4 kvadrata na lijevoj strani), bojom označene putanje putanje lokacija vrha ćelijskog odgovora u odnosu na položaj tijela i egocentrične karte (4 kvadrata desno) zasnovane na odgovoru EBC ćelija na različitim orijentacijama i udaljenostima između pacov i zid;
d - sin 1c, ali za EBC sa preferiranim udaljenostima od životinje;
e - sin 1c, ali za dva inverzna EBC;
f — raspodjela prosječne rezultujuće dužine za posmatrane ćelije;
g - raspodjela prosječne rezultujuće dužine za EBC koristeći smjer kretanja i smjer glave;
h — distribucija prosječnog odgovora ćelija (ukupni i EBC).
Provedena su 44 eksperimenta kada su pacovi sakupljali nasumično razbacanu hranu u njima poznatom prostoru (otvorenom, a ne u lavirintu). Kao rezultat, zabilježeno je 939 ćelija. Iz prikupljenih podataka utvrđeno je prisustvo 31 ćelije smjera glave (HDC), međutim, samo mali dio ćelija, tačnije 19, ima alocentrične prostorne korelate. Istovremeno, aktivnost ovih ćelija, ograničena perimetrom okoline, uočena je samo tokom kretanja štakora duž zidova ispitne komore, što sugeriše egocentričnu šemu za kodiranje granica prostora.
Da bi se procijenile mogućnosti takve egocentrične reprezentacije, na osnovu indikatora vršne ćelijske aktivnosti, kreirane su egocentrične granične karte (1b), koji ilustruju orijentaciju i udaljenost granica u odnosu na smjer kretanja štakora, a ne položaj njegove glave (poređenje sa 1g).
18% uhvaćenih ćelija (171 od 939) pokazalo je značajan odgovor kada je granica komore zauzela određenu poziciju i orijentaciju u odnosu na subjekt (1f). Naučnici su ih nazvali egocentričnim graničnim ćelijama (EBC). egocentrične granične ćelije). Broj takvih ćelija kod eksperimentalnih subjekata kretao se od 15 do 70 sa prosjekom od 42.75 (1c, 1d).
Među ćelijama egocentričnih granica bilo je onih čija se aktivnost smanjila kao odgovor na granice komore. Ukupno ih je bilo 49 i zvali su se inverzni EBC (iEBC). Prosječni indeks ćelijskog odgovora (njihov akcioni potencijal) u EBC i iEBC bio je prilično nizak - 1,26 ± 0,09 Hz (1h).
EBC populacija reaguje na sve orijentacije i položaje granice komore u odnosu na subjekt, ali distribucija preferirane orijentacije je bimodalna sa vrhovima koji se nalaze 180° jedan naspram drugog sa obe strane životinje (-68° i 112°), blago pomaknut od okomite na dugu os životinje za 22° (2d).
Slika #2: Preferirana orijentacija i razmak za odgovor egocentrične granične ćelije (EBC).
Objašnjenja za sliku #2:a - egocentrične granične karte za četiri istovremeno proučavana EBC-a sa različitim preferiranim orijentacijama navedenim iznad svakog grafikona;
b - položaj tetroda u skladu sa ćelijama iz 2a (brojevi označavaju broj tetrode);
с — raspodjela vjerovatnoće preferiranih orijentacija za sve EBC jednog pacova;
d — raspodjela vjerovatnoće preferiranih orijentacija za EBC svih pacova;
е - položaj tetroda za ćelije prikazane u 2f;
f — egocentrične granične karte za šest istovremeno snimljenih EBC-ova sa različitim preferiranim udaljenostima navedenim iznad svakog grafikona;
g je distribucija vjerovatnoće preferirane udaljenosti za sve EBC jednog pacova;
h je distribucija vjerovatnoće preferirane udaljenosti za EBC svih pacova;
i - polarni dijagram željene udaljenosti i željene orijentacije za sve EBC sa veličinom prostora predstavljenom bojom i prečnikom tačke.
Distribucija željene udaljenosti do granice sadržavala je tri vrha: 6.4, 13.5 i 25.6 cm, što ukazuje na prisustvo tri različite preferirane udaljenosti između EBC (2f-2h) što može biti važno za strategiju hijerarhijske navigacijske pretrage. Veličina EBC prijemnih polja se povećavala sa željenom udaljenosti (2i), što ukazuje na povećanje tačnosti egocentrične reprezentacije granica kako se udaljenost između zida i subjekta smanjuje.
Nije bilo jasne topografije ni u željenoj orijentaciji ni u udaljenosti, jer su se aktivni EBC subjekta s različitim orijentacijama i udaljenostima od zida pojavili na istoj tetrodi (2a, 2b, 2e и 2f).
Također je utvrđeno da EBC stabilno reagira na granice prostora (zidovi komore) u bilo kojoj ispitnoj komori. Da bi potvrdili da EBC-ovi reaguju na lokalne granice komore, a ne na njene distalne karakteristike, naučnici su "rotirali" položaj kamere za 45° i zacrnili nekoliko zidova, čineći ga drugačijim od onih koji su korišteni u prethodnim testovima.
Podaci su prikupljani i u konvencionalnoj ispitnoj komori iu rotiranoj. Uprkos promjeni u komori za testiranje, sve željene orijentacije i udaljenosti u odnosu na zidove ispitanika EBC testa ostale su iste.
S obzirom na važnost uglova, razmatrana je i mogućnost da EBC jedinstveno kodiraju ove lokalne ekološke atribute. Izolacijom razlike između odgovora blizu uglova i odgovora blizu sredine zida, identifikovan je podskup EBC ćelija (n = 16; 9,4%) koje pokazuju povećan odgovor na uglove.
Dakle, možemo napraviti srednji zaključak da su EBC ćelije te koje savršeno reagiraju na perimetar komore, odnosno na zidove ispitne komore i njene uglove.
Zatim su naučnici testirali da li je odgovor EBC ćelija na otvoreni prostor (test arena bez lavirinta, tj. samo 4 zida) isti za različite veličine prostorija za testiranje. Obavljene su tri posjete, pri čemu se dužina zidova razlikovala od prethodnih za 3 cm.
Bez obzira na veličinu komore za testiranje, EBC je reagovao na njene granice na istoj udaljenosti i orijentaciji u odnosu na ispitanog subjekta. Ovo ukazuje da se odgovor ne mijenja s veličinom okruženja.
Slika #3: stabilan odgovor EBC ćelija na granice prostora.
Objašnjenja za sliku #3:а — egocentrične EBC karte u normalnim uslovima (lijevo) i kada je ispitna komora rotirana za 45° (desno);
b — egocentrične EBC karte za komoru dimenzija 1.25 x 1.25 m (lijevo) i za uvećanu komoru 1.75 x 1.75 m (desno);
с — egocentrične EBC karte sa običnim crnim zidovima komore (lijevo) i sa zidovima s uzorkom (desno);
d-f - grafikoni željene udaljenosti (gore) i promjene u željenoj orijentaciji u odnosu na osnovnu liniju (dolje).
S obzirom da striatum prima informacije o okolini iz nekoliko oblasti vizuelnog korteksa, naučnici su takođe testirali da li utiče na izgled zidova (3c) komore za reakciju EBC ćelija.
Promjena izgleda granica prostora nije uticala na reakciju EBC ćelija i na udaljenost i orijentaciju potrebne za reakciju u odnosu na subjekt.
Slika #4: Stabilnost odgovora EBC ćelija bez obzira na okruženje.
Objašnjenja za sliku #4:а — egocentrične karte za EBC u poznatim (lijevo) i novim (desno) okruženjima;
b - egocentrične karte za EBC dobijene u istom okruženju, ali sa vremenskim intervalom;
с - Grafikoni željene udaljenosti (gore) i promene željene orijentacije u odnosu na osnovnu liniju (dole) za nova (nepoznata) okruženja;
d - grafikoni željene udaljenosti (gore) i promjene preferirane orijentacije u odnosu na osnovnu liniju (dolje) za prethodno proučavana (poznata) okruženja.
Također je utvrđeno da se odgovor EBC ćelija, kao i potrebna orijentacija i udaljenost u odnosu na subjekt, ne mijenjaju tokom vremena.
Međutim, ovaj "privremeni" test je sproveden u istoj ispitnoj komori. Također je bilo potrebno provjeriti koja je razlika između reakcije EBC-a na poznata stanja i na nova. Da bi se to postiglo, izvršeno je nekoliko posjeta, kada su pacovi proučavali komoru, koju već poznaju iz prethodnih testova, a zatim nove komore sa otvorenim prostorom.
Kao što ste možda pretpostavili, odgovor EBC ćelija + željena orijentacija/udaljenost ostao je nepromijenjen u novim komorama (4a, 4c).
Dakle, EBC reakcija obezbeđuje stabilan prikaz granica okruženja u odnosu na ispitanog subjekta u svim tipovima ovog okruženja, bez obzira na izgled zidova, površinu ispitne komore, njeno kretanje i vrijeme koje je ispitanik proveo u komori.
Za detaljnije upoznavanje sa nijansama studije, preporučujem da pogledate и za njega.
Epilog
U ovom radu naučnici su uspjeli da u praksi potvrde teoriju egocentrične reprezentacije okoline, koja je izuzetno važna za orijentaciju u prostoru. Oni su dokazali da postoji međuproces između alocentrične prostorne reprezentacije i stvarne akcije, u kojoj učestvuju određene ćelije striatuma, nazvane egocentrične granične ćelije (EBC). Utvrđeno je i da se EBC-ovi više odnose na kontrolu pokreta cijelog tijela, a ne samo glave ispitanika.
Ova studija je imala za cilj utvrđivanje kompletnog mehanizma orijentacije u prostoru, svih njegovih komponenti i varijabli. Ovaj rad će, prema naučnicima, dodatno pomoći u poboljšanju navigacijskih tehnologija za autonomne automobile i za robote koji mogu razumjeti prostor oko sebe, kao i mi. Istraživači su izuzetno uzbuđeni zbog rezultata svog rada, koji daju razlog za nastavak proučavanja odnosa između određenih područja mozga i načina na koji se kreće prostor.
Hvala vam na pažnji, budite radoznali i ugodnu sedmicu svima! 🙂
Hvala vam što ste ostali s nama. Da li vam se sviđaju naši članci? Želite li vidjeti još zanimljivijeg sadržaja? Podržite nas naručivanjem ili preporukom prijateljima, 30% popusta za korisnike Habra na jedinstveni analog početnih servera, koji smo mi osmislili za vas: (dostupno sa RAID1 i RAID10, do 24 jezgra i do 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 puta jeftiniji? Samo ovdje u Holandiji! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - od 99 USD! Pročitajte o
izvor: www.habr.com