El movimiento es vida. Esta frase se puede interpretar tanto como una motivación para seguir adelante, para no quedarse quieto y conseguir lo que se quiere, como para afirmar que casi todos los seres vivos están en movimiento la mayor parte de su vida. Para garantizar que nuestros movimientos y movimientos en el espacio no terminen con golpes en la frente y meñiques rotos en las piernas cada vez, nuestro cerebro utiliza los "mapas" guardados del entorno que aparecen inconscientemente en el momento de nuestro movimiento. . Sin embargo, existe la opinión de que el cerebro usa estas tarjetas no desde un lado, por así decirlo, sino colocando a una persona en esta tarjeta y recopilando datos cuando se ven desde la primera persona. Científicos de la Universidad de Boston decidieron probar esta teoría realizando una serie de experimentos prácticos con ratas de laboratorio. ¿Cómo navega realmente el cerebro en el espacio, qué células están involucradas y qué papel juega esta investigación para el futuro de los automóviles y robots autónomos? Aprendemos sobre esto del informe del grupo de investigación. Ir.
Base de investigación
Entonces, el hecho establecido hace muchos años es que la parte principal del cerebro responsable de la orientación en el espacio es el hipocampo.
El hipocampo está involucrado en una variedad de procesos: la formación de emociones, la transformación de la memoria a corto plazo en memoria a largo plazo y la formación de la memoria espacial. Este último es la fuente de los mismos "mapas" que nuestro cerebro llama en el momento adecuado para una orientación más eficiente en el espacio. En otras palabras, el hipocampo almacena modelos neuronales tridimensionales del espacio dentro del cual se encuentra el dueño del cerebro.
Hipocampo
Existe una teoría que establece que existe un paso intermedio entre la navegación real y los mapas del hipocampo: la transformación de estos mapas en una vista en primera persona. Es decir, una persona está tratando de entender dónde se encuentra algo no en absoluto (como vemos en los mapas reales), sino dónde se ubicará algo en relación con él (como la función "vista de la calle" en Google Maps).
Los autores del trabajo que estamos considerando enfatizan lo siguiente: Los mapas cognitivos del entorno están codificados en la formación del hipocampo en el sistema alocéntrico, pero las habilidades motoras (los movimientos mismos) están representadas en el sistema egocéntrico.
OVNI: Enemigo Desconocido (sistema alocéntrico) y DOOM (sistema egocéntrico).
La diferencia entre los sistemas alocéntrico y egocéntrico es como la diferencia entre los juegos en tercera persona (o vista lateral, vista superior, etc.) y los juegos en primera persona. En el primer caso, el entorno mismo es importante para nosotros, en el segundo, nuestra posición en relación con este entorno. Por lo tanto, los planes de navegación alocéntricos deben convertirse en un sistema egocéntrico para su implementación real, es decir, movimiento en el espacio.
Los investigadores creen que es el dorsomedial cuerpo estriado (DMS)* juega un papel importante en el proceso anterior.
El cuerpo estriado del cerebro humano.
cuerpo estriado* - parte del cerebro que pertenece a los ganglios basales; el cuerpo estriado está involucrado en la regulación del tono muscular, los órganos internos y las respuestas conductuales; El cuerpo estriado también se llama "cuerpo estriado" debido a su estructura de bandas alternas de materia gris y blanca.
El DMS demuestra las respuestas neuronales asociadas con la toma de decisiones y la acción en relación con la navegación espacial, por lo que esta región del cerebro debe estudiarse con más detalle.
Resultados de la investigación
Para determinar la presencia/ausencia de información espacial egocéntrica en el cuerpo estriado (DMS), se implantaron hasta 4 tetrodos (electrodos especiales conectados a las áreas deseadas del cerebro) en 16 ratas macho (1a).
Imagen #1: Respuesta de las células estriatales a los límites ambientales en un marco de referencia egocéntrico.
Explicaciones para la imagen #1:а - puntos de ubicación de tetrodos;
b - mapa egocéntrico de límites;
с — mapas espaciales alocéntricos (4 cuadrados a la izquierda), gráficos de trayectoria codificados por colores de las ubicaciones de los picos de respuesta celular en relación con la posición del cuerpo y mapas egocéntricos (4 cuadrados a la derecha) basados en la respuesta de las células EBC en varias orientaciones y distancias entre la rata y la pared;
d - un hijo 1с, pero para EBC con distancias preferidas lejos del animal;
e - un hijo 1с, pero para dos EBC inversos;
f — distribución de la longitud media resultante de las células observadas;
g - la distribución de la longitud media resultante para EBC utilizando la dirección del movimiento y la dirección de la cabeza;
h — distribución de la respuesta media de las células (total y EBC).
Se llevaron a cabo cuarenta y cuatro experimentos, cuando las ratas recogieron comida dispersa al azar en un espacio familiar para ellas (abierto, no en un laberinto). Como resultado, se registraron 44 células. A partir de los datos recopilados, se estableció la presencia de 939 celdas de dirección de la cabeza (HDC), sin embargo, solo una pequeña parte de las celdas, y más precisamente 31, tenían correlatos espaciales alocéntricos. Al mismo tiempo, la actividad de estas células, limitada por el perímetro del entorno, se observó solo durante el movimiento de la rata a lo largo de las paredes de la cámara de prueba, lo que sugiere un esquema egocéntrico para codificar los límites del espacio.
Para evaluar las posibilidades de tal representación egocéntrica, con base en indicadores de actividad celular máxima, se crearon mapas de límites egocéntricos (1b), que ilustran la orientación y la distancia de los bordes en relación con la dirección del movimiento de la rata, y no la posición de su cabeza (comparación con 1g).
El 18% de las células capturadas (171 de 939) mostraron una respuesta significativa cuando el límite de la cámara ocupaba una determinada posición y orientación en relación con el sujeto (1f). Los científicos las llamaron células fronterizas egocéntricas (EBC). células fronterizas egocéntricas). El número de tales células en los sujetos experimentales osciló entre 15 y 70 con un promedio de 42.75 (1c, 1d).
Entre las células de los límites egocéntricos, había aquellas cuya actividad disminuía en respuesta a los límites de la cámara. Había 49 en total y se llamaban EBC inversos (iEBC). El índice promedio de respuesta celular (su potencial de acción) en EBC e iEBC fue bastante bajo: 1,26 ± 0,09 Hz (1h).
La población de EBC responde a todas las orientaciones y posiciones del límite de la cámara en relación con el sujeto, pero la distribución de la orientación preferida es bimodal con picos ubicados 180° uno frente al otro a cada lado del animal (-68° y 112°), siendo ligeramente desplazado de la perpendicular al eje longitudinal del animal en 22 ° (2d).
Imagen n.° 2: Orientación y espaciado preferidos para la respuesta de la celda límite egocéntrica (EBC).
Explicaciones para la imagen #2:a - mapas de límites egocéntricos para cuatro EBC estudiados simultáneamente con diferentes orientaciones preferidas indicadas encima de cada gráfico;
b - la posición de los tetrodos de acuerdo con las celdas de 2a (los números indican el número de tetrodo);
с — distribución de probabilidad de orientaciones preferidas para todos los EBC de una rata;
d — distribución de probabilidad de orientaciones preferidas para EBC de todas las ratas;
е - la posición de los tetrodos para las celdas que se muestran en 2f;
f — mapas de límites egocéntricos para seis EBC registrados simultáneamente con diferentes distancias preferidas indicadas encima de cada parcela;
g es la distribución de probabilidad de la distancia preferida para todos los EBC de una rata;
h es la distribución de probabilidad de la distancia preferida para EBC de todas las ratas;
i - diagrama polar de distancia preferida y orientación preferida para todos los EBC con tamaño de espacio representado por color y diámetro de punto.
La distribución de la distancia preferida al límite contenía tres picos: 6.4, 13.5 y 25.6 cm, lo que indica la presencia de tres distancias preferidas diferentes entre los EBC (2f-2h) que pueden ser importantes para una estrategia de búsqueda de navegación jerárquica. El tamaño de los campos receptivos de EBC aumentó con la distancia preferida (2i), lo que indica un aumento en la precisión de la representación egocéntrica de los límites a medida que disminuye la distancia entre la pared y el sujeto.
No había una topografía clara tanto en la orientación preferida como en la distancia, ya que los EBC activos del sujeto con diferentes orientaciones y distancias de la pared aparecían en el mismo tetrodo (2a, 2b, 2e и 2f).
También se encontró que EBC responde de manera estable a los límites del espacio (paredes de la cámara) en cualquier cámara de prueba. Para confirmar que los EBC están respondiendo a los límites locales de la cámara en lugar de a sus características distales, los científicos "rotaron" la posición de la cámara 45° e hicieron varias paredes negras, haciéndolas diferentes de las utilizadas en pruebas anteriores.
Los datos se recolectaron tanto en una cámara de prueba convencional como en una rotatoria. A pesar del cambio en la cámara de prueba, todas las orientaciones y distancias preferidas en relación con las paredes de los sujetos de prueba EBC permanecieron iguales.
Dada la importancia de los ángulos, también se consideró la posibilidad de que los EBC codifiquen de forma única estos atributos ambientales locales. Al aislar la diferencia entre la respuesta cerca de las esquinas y la respuesta cerca de la mitad de la pared, se identificó un subconjunto de células EBC (n = 16; 9,4 %) que muestran una mayor respuesta a las esquinas.
Por lo tanto, podemos sacar una conclusión intermedia de que son las celdas EBC las que responden perfectamente al perímetro de la cámara, es decir, a las paredes de la cámara de prueba y a sus esquinas.
A continuación, los científicos probaron si la respuesta de las células EBC a un espacio abierto (una arena de prueba sin laberinto, es decir, solo 4 paredes) es la misma para diferentes tamaños de salas de prueba. Se realizaron tres visitas, en cada una de las cuales la longitud de los muros difería de las anteriores en 3 cm.
Independientemente del tamaño de la cámara de prueba, EBC respondió a sus límites a la misma distancia y orientación en relación con el sujeto de prueba. Esto indica que la respuesta no se adapta al tamaño del entorno.
Imagen #3: respuesta estable de las células EBC a los límites del espacio.
Explicaciones para la imagen #3:а — mapas EBC egocéntricos en condiciones normales (izquierda) y cuando la cámara de prueba se giró 45° (derecha);
b — mapas EBC egocéntricos para una cámara de 1.25 x 1.25 m (izquierda) y para una cámara ampliada de 1.75 x 1.75 m (derecha);
с — mapas EBC egocéntricos con paredes de cámara negras ordinarias (izquierda) y con paredes estampadas (derecha);
d-f - gráficos de la distancia preferida (arriba) y cambios en la orientación preferida en relación con la línea de base (abajo).
Dado que el cuerpo estriado recibe información sobre el entorno de varias áreas de la corteza visual, los científicos también probaron si la apariencia de las paredes se ve afectada (3с) cámaras para la reacción de células EBC.
Cambiar la apariencia de los límites del espacio no tuvo ningún efecto sobre la reacción de las células EBC y la distancia y orientación requeridas para la reacción en relación con el sujeto.
Imagen #4: Estabilidad de la respuesta de las células EBC independientemente del entorno.
Explicaciones para la imagen #4:а — mapas egocéntricos para EBC en entornos familiares (izquierda) y nuevos (derecha);
b - mapas egocéntricos para EBC obtenidos en el mismo ambiente, pero con un intervalo de tiempo;
с - Gráficos de distancia preferida (arriba) y cambio de orientación preferida en relación con la línea de base (abajo) para entornos nuevos (desconocidos);
d - gráficos de la distancia preferida (arriba) y el cambio en la orientación preferida en relación con la línea de base (abajo) para entornos previamente estudiados (familiares).
También se encontró que la respuesta de las células EBC, así como la orientación requerida y la distancia relativa al sujeto, no cambian con el tiempo.
Sin embargo, esta prueba "temporal" se realizó en la misma cámara de prueba. También fue necesario comprobar cuál es la diferencia entre la reacción del EBC a las condiciones conocidas ya las nuevas. Para ello, se realizaron varias visitas, en las que las ratas estudiaron la cámara, que ya conocen de pruebas anteriores, y luego nuevas cámaras con espacio abierto.
Como habrás adivinado, la respuesta de las células EBC + la orientación/distancia deseada se mantuvo sin cambios en las nuevas cámaras (4a, 4c).
Por lo tanto, la reacción EBC proporciona una representación estable de los límites del entorno en relación con el sujeto de prueba en todos los tipos de este entorno, independientemente de la apariencia de las paredes, el área de la cámara de prueba, su movimiento y el tiempo pasado por el sujeto de prueba en la cámara.
Para un conocimiento más detallado de los matices del estudio, recomiendo mirar и a él.
El acto final
En este trabajo, los científicos lograron confirmar en la práctica la teoría de la representación egocéntrica del entorno, que es extremadamente importante para la orientación en el espacio. Demostraron que existe un proceso intermedio entre la representación espacial alocéntrica y la acción real, en el que participan determinadas células del cuerpo estriado, denominadas células límite egocéntricas (EBC). También se encontró que los EBC estaban más relacionados con el control del movimiento de todo el cuerpo, y no solo de la cabeza de los sujetos.
Este estudio tuvo como objetivo determinar el mecanismo completo de orientación en el espacio, todos sus componentes y variables. Este trabajo, según los científicos, ayudará aún más a mejorar las tecnologías de navegación para automóviles autónomos y para robots que puedan comprender el espacio que los rodea, como lo hacemos nosotros. Los investigadores están muy entusiasmados con los resultados de su trabajo, que dan motivos para continuar estudiando la relación entre ciertas áreas del cerebro y cómo se navega por el espacio.
¡Gracias por su atención, manténganse curiosos y que tengan una excelente semana para todos! 🙂
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Fuente: habr.com