Movado estas vivo. Ĉi tiu frazo povas esti interpretita kaj kiel instigo antaŭeniri, ne halti kaj atingi tion, kion vi volas, kaj kiel deklaro de la fakto, ke preskaŭ ĉiuj vivuloj pasigas la plej grandan parton de sia vivo en moviĝo. Por certigi, ke niaj movoj kaj movoj en la spaco ne finiĝas kun batoj sur niaj fruntoj kaj rompitaj piedfingroj ĉiufoje, nia cerbo uzas konservitajn "mapojn" de la medio, kiuj senkonscie aperas en la momento de nia movado. Tamen, ekzistas opinio, ke la cerbo uzas ĉi tiujn mapojn ne de ekstere, por tiel diri, sed metante homon sur ĉi tiun mapon kaj kolektante datumojn de unuapersona vido. Sciencistoj de Boston University decidis pruvi ĉi tiun teorion farante serion da praktikaj eksperimentoj kun laboratorioratoj. Kiel la cerbo efektive navigas en la spaco, kiaj ĉeloj estas implikitaj, kaj kian rolon ludas ĉi tiu esplorado por la estonteco de aŭtonomaj aŭtoj kaj robotoj? Pri tio ni ekscias el la raporto de la esplorgrupo. Iru.
Esplorbazo
Do, la fakto konstatita antaŭ multaj jaroj estas, ke la ĉefa parto de la cerbo respondeca por orientiĝo en la spaco estas la hipokampo.
La hipokampo estas implikita en diversaj procezoj: la formado de emocioj, la transformo de mallongperspektiva memoro en longdaŭra memoro, kaj la formado de spaca memoro. Ĝuste ĉi-lasta estas la fonto de tiuj mem "mapoj", kiujn nia cerbo vokas en la ĝusta momento por pli efika orientiĝo en la spaco. Alivorte, la hipokampo konservas tridimensiajn neŭrajn modelojn de la spaco ene de kiu situas la posedanto de la cerbo.
Hipokampo
Ekzistas teorio kiu deklaras ke inter fakta navigacio kaj mapoj de la hipokampo, ekzistas meza paŝo - konverti tiujn mapojn en unuapersonan vidon. Tio estas, homo provas kompreni, kie io troviĝas ne ĝenerale (kiel ni vidas sur realaj mapoj), sed kie io troviĝos relative al si (kiel la funkcio "strata vido" en Google Maps).
La aŭtoroj de la verko, kiun ni pripensas, emfazas la jenon: Kognaj mapoj de la medio estas ĉifritaj en la hipokampa formado en la alocentra sistemo, sed movaj kapabloj (la movoj mem) estas reprezentitaj en la egocentra sistemo.
NIFO: Enemy Unknown (alocentra sistemo) kaj DOOM (egocentra sistemo).
La diferenco inter alocentraj kaj egocentraj sistemoj estas simila al la diferenco inter ludoj de triapersona vido (aŭ flanka vido, supra vido, ktp.) kaj ludoj de unuapersona vido. En la unua kazo, la medio mem gravas por ni, en la dua, nia pozicio rilate al ĉi tiu medio. Tiel, alocentraj navigaciaj planoj devas esti konvertitaj en egocentran sistemon por fakta efektivigo, t.e. movado en la spaco.
Esploristoj kredas, ke ĝi estas la dorsomedialo striato (DMS)* ludas esencan rolon en ĉi-supra procezo.
La striato de la homa cerbo.
Striato* - parto de la cerbo, kiu apartenas al la bazaj ganglioj; la striato estas implikita en la reguligo de muskola tono, internaj organoj kaj kondutaj reagoj; La striato ankaŭ estas nomita la "striato" pro sia strukturo de alternaj grupoj de griza kaj blanka substanco.
La DMS montras neŭralajn respondojn asociitajn kun prenado de decidoj kaj farado de agoj koncerne navigacion en spaco, do ĉi tiu regiono de la cerbo devus esti studita pli detale.
Esplorrezultoj
Por determini la ĉeeston/foreston de egocentraj spacaj informoj en la striato (DMS), 4 masklaj ratoj estis enplantitaj kun ĝis 16 tetrodoj (specialaj elektrodoj ligitaj al la dezirataj areoj de la cerbo) celantaj la DMS (1a).
Bildo numero 1: Respondo de striaj ĉeloj al mediaj limoj en egocentra referenca kadro.
Klarigoj por bildo n-ro 1:а — tetrodaj situpunktoj;
b — egocentra limmapo;
с - alocentraj spacaj mapoj (4 kvadratoj maldekstre), kolorkodigitaj trajektorintrigoj de la lokoj de ĉelaj respondpintoj rilate al korpopozicio, kaj egocentraj mapoj (4 kvadratoj dekstre) bazitaj sur la respondo de EBC-ĉeloj ĉe diversaj orientiĝoj kaj distancoj inter la rato kaj la muro;
d - kiel en 1c, sed por EBC kun preferataj distancoj for de la besto;
e - kiel en 1c, sed por du inversaj EBC-oj;
f — distribuo de la averaĝa rezulta longo por la observitaj ĉeloj;
g - distribuado de averaĝa rezulta longo por EBC uzante movdirekton kaj kapdirekton;
h — distribuo de la averaĝa respondo de ĉeloj (ĉiuj kaj EBC).
44 eksperimentoj estis faritaj en kiuj ratoj kolektis hazarde disĵetitan manĝaĵon en konata spaco (malferma, ne en labirinto). Kiel rezulto, 939 ĉeloj estis registritaj. El la kolektitaj datumoj, 31 ĉefdirektaj ĉeloj (HDC) estis identigitaj, sed nur malgranda frakcio de la ĉeloj, 19 por esti ĝustaj, havis alocentrajn spacajn korelaciojn. Krome, la aktiveco de ĉi tiuj ĉeloj, limigitaj de la perimetro de la medio, estis observita nur dum la movado de la rato laŭ la muroj de la testa ĉambro, kio sugestas egocentran skemon por kodi la limojn de spaco.
Por taksi la eblecojn de tia egocentra reprezentado bazita sur pinta ĉela agado, egocentraj limmapoj estis kreitaj (1b), kiuj ilustras la orientiĝon kaj distancon de la limoj relative al la direkto de la movado de la rato, prefere ol la pozicio de ĝia kapo (komparo al 1g).
18% de la registritaj ĉeloj (171 el 939) montris signifan respondon kiam la limo de la kamero okupis certan pozicion kaj orientiĝon rilate al la eksperimenta (1f). Sciencistoj nomas ilin egocentraj limĉeloj (EBCoj). egocentraj limĉeloj). La nombro da tiaj ĉeloj en eksperimentaj temoj variis de 15 ĝis 70 kun mezumo de 42.75 (1c, 1d).
Inter la ĉeloj de egocentraj limoj, estis tiuj, kies agado malpliiĝis responde al la limoj de la ĉambro. Ekzistis 49 el ili entute kaj ili estis nomitaj inversaj EBCoj (iEBCoj). La meza ĉela respondo (ilia agpotencialo) en EBC kaj iEBC estis sufiĉe malalta - 1,26 ± 0,09 Hz (1h).
La EBC-ĉelpopulacio respondas al ĉiuj orientiĝoj kaj pozicioj de la kamerlimo relative al la testsubjekto, sed la distribuado de preferata orientiĝo estas bimodala kun pintoj situantaj 180° unu kontraŭ la alia sur ambaŭ flankoj de la besto (-68° kaj 112°) , estante iomete ofsetita de la perpendikulara al la longa akso de la besto je 22° (2d).
Bildo numero 2: Preferata orientiĝo kaj distanco por respondo de egocentraj limĉeloj (EBCoj).
Klarigoj por bildo n-ro 2:a — egocentraj limmapoj por kvar samtempe ekzamenitaj EBC-oj kun malsamaj preferataj orientiĝoj indikitaj super ĉiu grafeo;
b - pozicio de tetrodoj konforme al la ĉeloj el 2a (nombroj indikas tetrodan nombron);
с — probabla distribuo de preferataj orientiĝoj por ĉiuj EBCoj de unu rato;
d — probabla distribuo de preferataj orientiĝoj por EBC de ĉiuj ratoj;
е — tetrodaj pozicioj por la ĉeloj montritaj en 2f;
f - egocentraj limmapoj por ses samtempe registritaj EBC-oj kun malsamaj preferataj distancoj indikitaj super ĉiu grafeo;
g — probabla distribuo de preferata distanco por ĉiuj EBC-oj de unu rato;
h — probabla distribuo de preferata distanco por EBC de ĉiuj ratoj;
i estas polusa intrigo de preferata distanco kaj preferata orientiĝo por ĉiuj EBCoj, kun la grandeco de la spaco reprezentita per la koloro kaj diametro de la punktoj.
La distribuado de preferata distanco al la limo enhavis tri pintojn: 6.4, 13.5 kaj 25.6 cm, indikante la ĉeeston de tri malsamaj preferataj distancoj inter EBCoj (2f-2h), kiu povas esti grava por hierarkia navigacia serĉstrategio. La grandeco de EBC-akceptemaj kampoj pliiĝis kiel funkcio de preferata distanco (2i), kiu indikas ke la precizeco de la egocentra reprezentado de limoj pliiĝas kun malkreskanta distanco inter la muro kaj la eksperimenta subjekto.
Kaj preferata orientiĝo kaj distanco mankis klara topografio, ĉar la aktivaj EBC de subjekto kun malsamaj orientiĝoj kaj distancoj relative al la muro aperis sur la sama tetrodo (2a, 2b, 2e и 2f).
Estis ankaŭ trovite ke EBCoj konstante respondas al la limoj de spaco (kamermuroj) en iu versio de la testĉambroj. Por konfirmi ke EBCoj respondas al la lokaj limoj de la kamero prefere ol ĝiaj distalaj trajtoj, la sciencistoj "rotaciis" la pozicion de la fotilo je 45° kaj igis plurajn murojn nigraj, igante ĝin diferenca de tio uzita en antaŭaj testoj.
Datenoj estis kolektitaj kaj en la normala testĉambro kaj en la turnita. Malgraŭ la ŝanĝo en la testĉambro, ĉiuj preferataj orientiĝoj kaj distancoj rilate al la muroj de la EBC-testsubjektoj restis la samaj.
Surbaze de la graveco de anguloj, la ebleco ke EBCoj unike ĉifras tiujn lokajn mediajn atributojn ankaŭ estis pripensita. Izolante la diferencon inter la respondo proksime de anguloj kaj la respondo proksime de la mezo de la muro, ni identigis subaron de EBC-ĉeloj (n = 16; 9,4%), kiuj montras pliigitan respondon al anguloj.
Tiel, ni povas fari mezan konkludon ke estas EBC-ĉeloj kiuj respondas bone al la perimetro de la kamero, tio estas, al la muroj de la testĉambro kaj al ĝiaj anguloj.
Poste, la sciencistoj testis ĉu la respondo de EBC-ĉeloj al malferma spaco (testareno sen labirinto, t.e. nur 4 muroj) estas la sama por malsamaj versioj de la testĉambroareo. 3 kuroj estis faritaj, en ĉiu el kiuj la longo de la muroj diferencis de la antaŭaj je 50 cm.
Sendepende de la grandeco de la testĉambro, EBCoj respondis al ĝiaj limoj je la sama distanco kaj orientiĝo relative al la testsubjekto. Tio indikas ke la respondo ne skalas kun media grandeco.
Bildo numero 3: Stabila respondo de EBC-ĉeloj al spacaj limoj.
Klarigoj por bildo n-ro 3:а — egocentraj EBC-mapoj sub normalaj kondiĉoj (maldekstre) kaj kiam la testĉambro estis turnita je 45° (dekstre);
b — egocentraj EBC-mapoj por fotilo mezuranta 1.25 x 1.25 m (maldekstre) kaj por pligrandigita fotilo 1.75 x 1.75 m (dekstre);
с — egocentraj EBC-mapoj kun regulaj nigraj kamermuroj (maldekstre) kaj kun ŝablonaj muroj (dekstre);
d-f — grafikaĵoj de preferata distanco (supro) kaj ŝanĝoj en preferata orientiĝo rilate al la bazlinio (malsupro).
Ĉar la striato ricevas informojn pri la medio de pluraj areoj de la vidkortekso de la cerbo, la sciencistoj ankaŭ testis ĉu la aspekto de muroj influas (3c) kameroj pri la respondo de EBC-ĉeloj.
Ŝanĝi la aspekton de la limoj de spaco havis neniun efikon al la reago de EBC-ĉeloj aŭ al la distanco kaj orientiĝo necesaj por la reago relative al la eksperimenta temo.
Bildo #4: Konsistenco de EBC-ĉela respondo sendepende de medio.
Klarigoj por bildo n-ro 4:а — egocentraj mapoj por EBC en konataj (maldekstre) kaj novaj (dekstre) medioj;
b — egocentraj mapoj por EBC, akiritaj en la sama medio, sed kun tempointervalo;
с — grafikaĵoj de preferata distanco (supro) kaj ŝanĝoj en preferata orientiĝo rilate al la bazlinio (malsupro) por novaj (nekonataj) medioj;
d — grafikaĵoj de preferata distanco (supro) kaj ŝanĝoj en preferata orientiĝo rilate al la bazlinio (malsupro) por antaŭe studitaj (konataj) medioj.
Estis ankaŭ trovite ke la respondo de EBC-ĉeloj, same kiel la postulata orientiĝo kaj distanco relative al la eksperimenta temo, ne ŝanĝiĝas dum tempo.
Tamen, tiu "tempigita" testo estis aranĝita en la sama testĉambro. Necesis ankaŭ kontroli, kia diferenco estis inter la respondo de EBC al konataj kondiĉoj kaj al novaj. Por fari tion, pluraj kuroj estis faritaj kiam la ratoj studis ĉambron, kiun ili jam konis de antaŭaj provoj, kaj poste novajn ĉambrojn kun libera spaco.
Kiel vi eble divenis, la EBC-ĉelrespondo + dezirata orientiĝo/distanco restis senŝanĝaj en la novaj ĉambroj (4a, 4c).
Tiel, la EBC-respondo disponigas stabilan reprezenton de la limoj de la medio rilate al la testosubjekto en ĉiuj specoj de tiu medio, sendepende de la aspekto de la muroj, la areo de la testa ĉambro, ĝia movado kaj la tempo. la temo pasigita en la kamero.
Por pli detala konatiĝo kun la nuancoj de la studo, mi rekomendas rigardi и al li.
Epilogo
En ĉi tiu laboro, sciencistoj povis konfirmi praktike la teorion de egocentra reprezentado de la medio, kiu estas ege grava por orientiĝo en spaco. Ili montris ke inter alocentra spaca reprezentado kaj fakta ago ekzistas meza procezo kiu implikas certajn ĉelojn en la striato, nomitaj egocentraj limĉeloj (EBC). Estis ankaŭ trovite ke EBCoj estis pli rilataj al kontrolado de la movado de la tuta korpo, kaj ne nur la kapo de la testsubjektoj.
Ĉi tiu studo celis determini la kompletan mekanismon de orientiĝo en spaco, ĉiuj ĝiaj komponantoj kaj variabloj. Ĉi tiu laboro, laŭ sciencistoj, plu helpos plibonigi navigajn teknologiojn por aŭtonomaj aŭtoj kaj por robotoj, kiuj povos kompreni la spacon ĉirkaŭ ili, same kiel ni. La esploristoj estas ege kontentaj pri la rezultoj de sia laboro, kiuj donas kialon por daŭre studi la rilaton inter certaj areoj de la cerbo kaj kiel navigado en la spaco estas farita.
Dankon pro legado, restu scivolemaj kaj havu bonegan semajnon uloj! 🙂
Dankon pro restado ĉe ni. Ĉu vi ŝatas niajn artikolojn? Ĉu vi volas vidi pli interesan enhavon? Subtenu nin farante mendon aŭ rekomendante al amikoj, 30% rabato por uzantoj de Habr sur unika analogo de enirnivelaj serviloj, kiu estis inventita de ni por vi: (havebla kun RAID1 kaj RAID10, ĝis 24 kernoj kaj ĝis 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 fojojn pli malmultekosta? Nur ĉi tie en Nederlando! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ekde $99! Legu pri
fonto: www.habr.com