U muvimentu hè a vita. Sta frasa pò esse interpretata sia com'è una motivazione per avanzà, micca per stà fermu è ottene ciò chì vulete, è cum'è una dichjarazione di u fattu chì quasi tutti l'esseri viventi passanu a maiò parte di a so vita in muvimentu. Per assicurà chì i nostri muvimenti è i muvimenti in u spaziu ùn finiscinu micca cù bumps in i nostri fronti è rotte picculi punte ogni volta, u nostru cervellu usa "mappe" almacenate di l'ambiente chì inconscientemente emergenu à u mumentu di u nostru muvimentu. In ogni casu, ci hè una opinione chì u cervellu usa sti carte micca da l'esternu, per dì cusì, ma mettendu una persona nantu à sta mappa è raccoglie dati da una vista in prima persona. I scientisti di l'Università di Boston anu decisu di pruvà sta tiurìa cunducendu una seria di esperimenti pratichi cù i rati di laboratoriu. Cumu u cervellu in realtà naviga in u spaziu, quali cellule sò implicati, è chì rolu ghjucanu sta ricerca per u futuru di e vitture autonome è robots? Amparamu nantu à questu da u rapportu di u gruppu di ricerca. Vai.
Basi di ricerca
Allora, u fattu stabilitu parechji anni fà hè chì a parte principale di u cervellu rispunsevuli di l'orientazione in u spaziu hè l'ippocampu.
L'ippocampu hè implicatu in una varietà di prucessi: a furmazione di l'emozioni, a trasfurmazioni di a memoria di cortu termine in a memoria di longu andà, è a furmazione di a memoria spaziale. Hè l'ultimu chì hè a surgente di quelli assai "mappe" chì u nostru cervellu chjama à u mumentu propiu per una orientazione più efficace in u spaziu. In altre parolle, l'ippocampu guarda mudelli neurali tridimensionali di u spaziu in u quale si trova u pruprietariu di u cervellu.
Ippocampu
Ci hè una tiuria chì dice chì trà a navigazione attuale è e carte da l'ippocampu, ci hè un passu intermediu - cunvertisce queste carte in una vista in prima persona. Vale à dì, una persona prova à capisce induve qualcosa si trova micca in generale (cum'è vedemu nantu à i mape veri), ma induve qualcosa serà situatu relative à ellu stessu (cum'è a funzione "vista di strada" in Google Maps).
L'autori di u travagliu chì avemu cunsideratu enfatizzanu i seguenti: I carte cognitivi di l'ambienti sò codificati in a furmazione di l'ippocampu in u sistema allocentricu, ma e cumpetenze mutore (i movimenti stessi) sò rapprisentati in u sistema egocentric.
UFO: Enemy Unknown (sistema allocentric) è DOOM (sistema egocentric).
A diffarenza trà i sistemi allocentric è egocentric hè simile à a diffarenza trà i ghjochi da una vista di terza persona (o vista laterale, vista superiore, etc.) è ghjochi da una vista di prima persona. In u primu casu, l'ambiente stessu hè impurtante per noi, in u sicondu, a nostra pusizioni relative à questu ambiente. Cusì, i piani di navigazione allocentricu deve esse cunvertiti in un sistema egocentric per l'implementazione attuale, i.e. muvimentu in u spaziu.
I ricercatori credi chì hè u dorsomediale striatu (DMS)* ghjucà un rolu vitale in u prucessu sopra.
U striatu di u cervellu umanu.
striatu* - parte di u cervellu chì appartene à i gangli basali; u striatum hè implicatu in a regulazione di u tonu musculare, l'organi internu è e reazzioni cumportamentali; U striatum hè ancu chjamatu "striatum" per via di a so struttura di bande alternate di materia grisa è bianca.
U DMS mostra risposti neurali assuciati cù a decisione è a realizazione d'azzioni in quantu à a navigazione in u spaziu, cusì sta regione di u cervellu deve esse studiata in più detail.
Risultati di ricerca
Per determinà a presenza / assenza di infurmazione spaziale egocentrica in u striatum (DMS), 4 ratti maschili sò stati impiantati cù finu à 16 tetrodes (elettrodi speciali cunnessi à l'area desiderata di u cervellu) destinatu à u DMS (1).
Image #1: Risposta di e cellule striatali à i limiti ambientali in un quadru egocentric di riferimentu.
Spiegazioni per l'imaghjini n ° 1:а - punti di locu tetrode;
b - mappa di u cunfini egocentric;
с - carte spaziali allocentriche (4 quadrati à manca), tracce di traiettoria codificate in culore di i lochi di i picchi di risposta di e cellule relative à a pusizione di u corpu, è carte egocentriche (4 quadrati à destra) basate nantu à a risposta di e cellule EBC in diverse orientazioni è distanze trà u ratu è u muru;
d - cum'è in 1c, ma per EBC cù distanzi preferiti da l'animali;
e - cum'è in 1c, ma per dui EBC inversi;
f - distribuzione di a durata media risultante per e cellule osservate;
g - distribuzione di a lunghezza media risultante per EBC utilizendu a direzzione di u muvimentu è a direzzione di a testa;
h - distribuzione di a risposta media di e cellule (tutte è EBC).
44 esperimenti sò stati realizati in i quali i rati cullighjanu l'alimentu spargugliatu aleatoriu in un spaziu familiar (apertu, micca in un labirintu). In u risultatu, 939 celluli sò stati registrati. Da i dati raccolti, 31 cellule di direzzione di a testa (HDCs) sò state identificate, ma solu una piccula frazione di e cellule, 19 per esse esatti, avianu correlati spaziali allocentrichi. Inoltre, l'attività di sti celluli, limitata da u perimetru di l'ambienti, hè stata osservata solu durante u muvimentu di u ratu longu à i mura di a camera di prova, chì suggerisce un schema egocentric per codificà e fruntiere di u spaziu.
Per valutà e pussibulità di una tale rapprisintazioni egocentrica basata nantu à l'attività di e cellule di punta, sò stati creati mape di cunfini egocentrichi (1b), chì illustranu l'orientazione è a distanza di e fruntiere relative à a direzzione di u muvimentu di u ratu, piuttostu cà a pusizione di a so testa (paraguni à 1g).
U 18% di e cellule registrate (171 fora di 939) anu dimustratu una risposta significativa quandu u cunfini di a camera occupava una certa pusizione è orientazione relative à quella sperimentale (1f). I scientisti li chjamanu cellule di frontiere egocentriche (EBC). cellule limite egocentriche). U numaru di tali cellule in i sughjetti sperimentali variava da 15 à 70 cù una media di 42.75 (1c, 1d).
Trà i celluli di cunfini egocentrichi, ci eranu quelli chì l'attività diminuite in risposta à i cunfini di a camera. Ci era 49 di elli in totale è sò stati chjamati EBC inversi (iEBCs). A risposta media cellulare (u so potenziale d'azzione) in EBC è iEBC era abbastanza bassu - 1,26 ± 0,09 Hz (1h).
A pupulazione di e cellule EBC risponde à tutte l'orientazioni è e pusizioni di u cunfini di a camera relative à u sughjettu di teste, ma a distribuzione di l'orientazione preferita hè bimodale cù picchi situati à 180 ° l'un di l'altru in ogni latu di l'animali (-68 ° è 112 °). , essendu ligeramente offset da a perpendiculare à l'assi longu di l'animali di 22 ° (2d).
Image #2: Orientazione preferita è distanza per a risposta di e cellule di frontiera egocentriche (EBC).
Spiegazioni per l'imaghjini n ° 2:a - carte di frontiere egocentriche per quattru EBC esaminati simultaneamente cù diverse orientazioni preferite indicate sopra ogni graficu;
b - pusizioni di tetrodes in cunfurmità cù e cellule da 2 (i numeri indicanu u numeru di tetrode);
с - distribuzione di probabilità di l'orientazione preferita per tutti i EBC di un ratu;
d - distribuzione di probabilità di l'orientazione preferita per EBC di tutti i rati;
е - posizioni di tetrode per e cellule mostrate in 2f;
f - carte di cunfini egocentriche per sei EBC registrati simultaneamente cù distanze preferite diverse indicate sopra ogni graficu;
g - distribuzione di probabilità di distanza preferita per tutti i EBC di un ratu;
h - distribuzione di probabilità di distanza preferita per EBC di tutti i rati;
i hè una trama polare di distanza preferita è orientazione preferita per tutti i EBC, cù a dimensione di u spaziu rapprisintatu da u culore è u diametru di i punti.
A distribuzione di a distanza preferita à u cunfini cuntene trè cime: 6.4, 13.5 è 25.6 cm, chì indicanu a presenza di trè distanzi preferiti differenti trà EBC (2f-2h), chì pò esse impurtante per una strategia di ricerca di navigazione gerarchica. A dimensione di i campi recettivi EBC hà aumentatu in funzione di a distanza preferita (2i), chì indica chì l'accuratezza di a rapprisintazioni egocentrica di e fruntiere aumenta cù a distanza dicrescente trà u muru è u sughjettu sperimentale.
L'orientazione preferita è a distanza mancavanu di una topografia chjara, postu chì l'EBC attivi di u sughjettu cù diverse orientazioni è distanze relative à u muru apparsu nantu à u stessu tetrode (2a, 2b, 2e и 2f).
Hè statu ancu truvatu chì l'EBCs rispundenu in modu coherente à i cunfini di u spaziu (pareti di a camera) in ogni versione di e camere di teste. Per cunfirmà chì l'EBC rispundenu à i limiti lucali di a camera piuttostu cà e so caratteristiche distali, i scientisti "rotavanu" a pusizione di a camera da 45 ° è anu fattu parechji pareti neri, facennu sfarente di quelli utilizati in testi precedenti.
I dati sò stati raccolti sia in a camera di prova normale sia in quella rotata. Malgradu u cambiamentu in a camera di prova, tutte l'orientazione preferita è e distanze relative à i mura di i sughjetti di teste EBC sò rimasti listessi.
Data l'impurtanza di l'anguli, a pussibilità chì l'EBC codificanu in modu unicu sti attributi ambientali lucali hè statu ancu cunsideratu. Isulendu a diffarenza trà a risposta vicinu à i cantoni è a risposta vicinu à u mità di u muru, avemu identificatu un subset di cellule EBC (n = 16; 9,4%) chì mostranu una risposta aumentata à i cantoni.
Cusì, pudemu fà una cunclusione intermedia chì sò e cellule EBC chì rispundenu bè à u perimetru di a camera, vale à dì à i mura di a camera di prova è à i so cantoni.
In seguitu, i scientisti anu pruvatu s'ellu a risposta di e cellule EBC à u spaziu apertu (una arena di prova senza un labirintu, vale à dì solu 4 pareti) hè u listessu per e diverse versioni di l'area di a sala di prova. 3 runs sò stati realizati, in ognuna di e quali a lunghezza di i mura differia da i precedenti da 50 cm.
Indipendentemente da a dimensione di a camera di prova, l'EBC hà rispostu à i so cunfini à a stessa distanza è orientazione relative à u sughjettu di prova. Questu indica chì a risposta ùn hè micca scala cù a dimensione ambientale.
Image #3: Risposta stabile di e cellule EBC à i cunfini spaziali.
Spiegazioni per l'imaghjini n ° 3:а - carte EBC egocentriche in cundizioni normali (a manca) è quandu a camera di prova hè stata rotata da 45 ° (a diritta);
b - EBC maps egocentrichi per una camera chì misura 1.25 x 1.25 m (a manca) è per una camera allargata 1.75 x 1.75 m (a destra);
с - carte EBC egocentriche cù pareti regulari di a camera negra (a manca) è cù mura modellate (a diritta);
d-f - gràfiche di distanza preferita (in cima) è cambiamenti in l'orientazione preferita relative à a linea di basa (in fondu).
Perchè u striatum riceve infurmazioni nantu à l'ambienti da parechji spazii di a cortezza visuale di u cervellu, i scientisti anu ancu pruvatu se l'aspettu di i muri influenze (3c) camere nantu à a risposta di e cellule EBC.
U cambiamentu di l'aspettu di e fruntiere di u spaziu ùn hà micca effettu in a reazione di e cellule EBC o in a distanza è l'orientazione necessaria per a reazione relative à u sughjettu sperimentale.
Image #4: Consistenza di a risposta di e cellule EBC indipendentemente da l'ambiente.
Spiegazioni per l'imaghjini n ° 4:а - carte egocentriche per EBC in ambienti familiari (a manca) è novi (a destra);
b - carte egocentriche per EBC, ottenute in u stessu ambiente, ma cù un intervallu di tempu;
с - gràfiche di distanza preferita (in cima) è cambiamenti in l'orientazione preferita relative à a linea di basa (in fondu) per ambienti novi (sconnu);
d - grafici di a distanza preferita (in cima) è i cambiamenti in l'orientazione preferita relative à a linea di basa (in fondu) per l'ambienti studiati prima (familiari).
Hè statu ancu truvatu chì a risposta di e cellule EBC, è ancu l'orientazione necessaria è a distanza relative à u sughjettu sperimentale, ùn cambianu micca cù u tempu.
Tuttavia, sta prova "timed" hè stata realizata in a stessa camera di prova. Era ancu necessariu di verificà quale era a diferenza trà a risposta EBC à e cundizioni cunnisciute è à e novi. Per fà questu, parechje corse sò state realizate quandu i rati anu studiatu una camera chì anu digià cunnisciuta da e teste previ, è dopu novi camere cù spaziu apertu.
Cum'è avete capitu, a risposta di a cellula EBC + l'orientazione / distanza desiderata hè rimasta invariata in e novi camere (4a, 4c).
Cusì, a risposta EBC furnisce una rapprisintazioni stabile di e fruntiere di l'ambiente relative à u sughjettu di prova in tutti i tipi di quellu ambiente, indipendentemente da l'aspettu di i muri, l'area di a camera di prova, u so muvimentu è u tempu. u sughjettu passatu in a camera.
Per una cunniscenza più dettagliata di e sfumature di u studiu, vi cunsigliu di guardà и à ellu.
Epilogue
In questu travagliu, i scientisti anu sappiutu cunfirmà in a pratica a teoria di una rapprisintazioni egocentrica di l'ambiente, chì hè assai impurtante per l'orientazione in u spaziu. Anu dimustratu chì trà a rapprisintazioni spaziale allocentrica è l'azzione attuale ci hè un prucessu intermediu chì implica certe cellule in u striatum, chjamate cellule di cunfini egocentriche (EBC). Hè statu ancu truvatu chì l'EBC eranu più ligati à u cuntrollu di u muvimentu di u corpu sanu, è micca solu u capu di i sughjetti di teste.
Stu studiu hà u scopu di determinà u mecanismu cumpletu di l'orientazione in u spaziu, tutti i so cumpunenti è variàbili. Stu travagliu, sicondu i scientisti, aiutarà ancu à migliurà e tecnulugia di navigazione per i vitture autonome è per i robots chì puderanu capisce u spaziu intornu à elli, cum'è noi. I circadori sò assai cuntenti di i risultati di u so travagliu, chì furniscenu ragiuni per cuntinuà à studià a relazione trà certi spazii di u cervellu è cumu a navigazione in u spaziu hè realizatu.
Grazie per a vostra attenzione, restate curiosi è bona settimana à tutti ! 🙂
Grazie per stà cun noi. Ti piace i nostri articuli ? Vulete vede più cuntenutu interessante? Supportaci facendu un ordine o ricumandendu à l'amichi, 30% di scontu per l'utilizatori di Habr nantu à un analogu unicu di servitori di livellu d'entrata, chì hè statu inventatu da noi per voi: (dispunibule cù RAID1 è RAID10, finu à 24 core è finu à 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 volte più prezzu ? Solu quì in l'Olanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - da $ 99! Leghje circa
Source: www.habr.com