حرکت زندگی است. این عبارت را می توان هم به عنوان انگیزه ای برای حرکت رو به جلو، نه ایستادن و دستیابی به آنچه می خواهید و هم به عنوان بیان این واقعیت تعبیر کرد که تقریباً همه موجودات زنده بیشتر عمر خود را در حال حرکت هستند. برای اطمینان از اینکه حرکات و حرکات ما در فضا هر بار با برآمدگی روی پیشانی و شکستگی انگشتان کوچک روی پاهایمان ختم نمی شود، مغز ما از "نقشه های" ذخیره شده محیط استفاده می کند که به طور ناخودآگاه در لحظه حرکت ما ظاهر می شوند. . با این حال، این عقیده وجود دارد که مغز از این کارت‌ها به اصطلاح از پهلو استفاده نمی‌کند، بلکه با قرار دادن یک شخص روی این کارت و جمع‌آوری داده‌ها هنگام مشاهده از اول شخص، از این کارت‌ها استفاده می‌کند. دانشمندان دانشگاه بوستون تصمیم گرفتند این نظریه را با انجام یک سری آزمایش های عملی با موش های آزمایشگاهی اثبات کنند. مغز چگونه در فضا حرکت می‌کند، کدام سلول‌ها درگیر هستند و این تحقیق چه نقشی برای آینده ماشین‌ها و روبات‌های خودران دارد؟ از گزارش گروه پژوهشی در این باره مطلع می شویم. برو
مبنای تحقیق
بنابراین، واقعیتی که سال ها پیش ثابت شد این است که بخش اصلی مغز که مسئول جهت گیری در فضا است، هیپوکامپ است.
هیپوکامپ در فرآیندهای مختلفی درگیر است: شکل گیری احساسات، تبدیل حافظه کوتاه مدت به حافظه بلند مدت و شکل گیری حافظه فضایی. این دومی منبع همان «نقشه‌هایی» است که مغز ما در لحظه مناسب برای جهت‌گیری کارآمدتر در فضا فرا می‌خواند. به عبارت دیگر، هیپوکامپ مدل های عصبی سه بعدی فضایی که صاحب مغز در آن قرار دارد را ذخیره می کند.
هیپوکامپ
نظریه ای وجود دارد که بیان می کند که یک مرحله میانی بین ناوبری واقعی و نقشه های هیپوکامپ وجود دارد - تبدیل این نقشه ها به نمای اول شخص. به این معنا که شخص سعی می کند بفهمد که چیزی اصلاً در کجا قرار ندارد (همانطور که در نقشه های واقعی می بینیم)، اما جایی که چیزی نسبت به او قرار دارد (مانند عملکرد "نمای خیابان" در Google Maps).
نویسندگان اثری که در نظر داریم بر موارد زیر تأکید می‌کنند: نقشه‌های شناختی محیط در ساختار هیپوکامپ در سیستم آلوسنتریک کدگذاری می‌شوند، اما مهارت‌های حرکتی (خود حرکات) در سیستم خودمرکزی نشان داده می‌شوند.
بشقاب پرنده: دشمن ناشناخته (سیستم آلوسنتریک) و DOOM (سیستم خود محور).
تفاوت بین سیستم های آلوسنتریک و خود محور مانند تفاوت بازی های سوم شخص (یا نمای جانبی، نمای بالا و غیره) و بازی های اول شخص است. در مورد اول خود محیط برای ما مهم است، در مورد دوم موقعیت ما نسبت به این محیط. بنابراین، برنامه های ناوبری آلوسنتریک باید برای اجرای واقعی به یک سیستم خود محور تبدیل شوند، یعنی. حرکت در فضا
محققان بر این باورند که این قسمت پشتی است جسم مخطط (DMS)* نقش مهمی در فرآیند فوق دارد.
مخطط مغز انسان.
مخطط * - بخشی از مغز که متعلق به عقده های پایه است. جسم مخطط در تنظیم تون عضلانی، اندام های داخلی و پاسخ های رفتاری نقش دارد. جسم مخطط به دلیل ساختار نوارهای متناوب ماده خاکستری و سفید، "استریاتوم" نیز نامیده می شود.
DMS پاسخ های عصبی مرتبط با تصمیم گیری و اقدام در رابطه با ناوبری فضایی را نشان می دهد، بنابراین این ناحیه از مغز باید با جزئیات بیشتری مورد مطالعه قرار گیرد.
نتایج مطالعه
به منظور تعیین وجود/غیاب اطلاعات فضایی خود محور در جسم مخطط (DMS)، 4 موش صحرایی نر با حداکثر 16 تترود (الکترودهای ویژه متصل به نواحی مورد نظر مغز) با هدف قرار دادن DMS کاشته شدند.1a).
تصویر شماره 1: پاسخ سلول مخطط به مرزهای محیطی در یک چارچوب مرجع خود محور.
توضیحات تصویر شماره 1:а - نقاط محل تترودها؛
b - نقشه خود محوری مرزها؛
с - نقشه‌های فضایی آلوسنتریک (4 مربع در سمت چپ)، نمودارهای مسیر با کد رنگی مکان‌های اوج پاسخ سلولی نسبت به موقعیت بدن، و نقشه‌های خودمرکزی (4 مربع در سمت راست) بر اساس پاسخ سلول‌های EBC در جهت‌گیری‌ها و فواصل مختلف بین موش و دیوار؛
d - یک پسر 1، اما برای EBC با فاصله ترجیحی دور از حیوان.
e - یک پسر 1، اما برای دو EBC معکوس.
f - توزیع میانگین طول حاصل برای سلول های مشاهده شده.
g - توزیع میانگین طول حاصل برای EBC با استفاده از جهت حرکت و جهت سر؛
h - توزیع میانگین پاسخ سلول ها (کل و EBC).
چهل و چهار آزمایش انجام شد، زمانی که موش ها به طور تصادفی غذای پراکنده شده را در فضایی آشنا (باز، نه در پیچ و خم) جمع آوری کردند. در نتیجه 44 سلول ثبت شد. از داده‌های جمع‌آوری‌شده، حضور 939 سلول جهت سر (HDCs) مشخص شد، با این حال، تنها بخش کوچکی از سلول‌ها، و به طور دقیق‌تر 31، همبستگی فضایی آلوسنتریک داشتند. در همان زمان، فعالیت این سلول‌ها، محدود به محیط محیط، تنها در حین حرکت موش در امتداد دیواره‌های محفظه آزمایش مشاهده شد، که طرحی خود محور را برای رمزگذاری مرزهای فضا پیشنهاد می‌کند.
برای ارزیابی احتمالات چنین نمایشی خودمحورانه، بر اساس شاخص‌های اوج فعالیت سلولی، نقشه‌های مرزی خودمرکزی ایجاد شد.1b) که جهت و فاصله مرزها را نسبت به جهت حرکت موش نشان می دهد و نه موقعیت سر آن را (مقایسه با 1g).
18٪ از سلول های گرفته شده (171 از 939) پاسخ قابل توجهی نشان دادند زمانی که مرز محفظه موقعیت و جهت خاصی را نسبت به موضوع اشغال کرد.1f). دانشمندان آنها را سلول های مرزی خود محور (EBCs) نامیدند. سلول های مرزی خود محور). تعداد این سلول ها در آزمودنی های آزمایشی بین 15 تا 70 با میانگین 42.75/XNUMX بود.1c, 1d).
در میان سلول‌های مرزهای خودمرکز، سلول‌هایی وجود داشتند که فعالیت آنها در پاسخ به مرزهای محفظه کاهش یافت. در مجموع 49 عدد بود که به آنها EBC معکوس (iEBC) می گفتند. میانگین شاخص پاسخ سلولی (پتانسیل عمل آنها) در EBC و iEBC بسیار کم بود - 1,26 ± 0,09 هرتز (1h).
جمعیت سلولی EBC به تمام جهت‌گیری‌ها و موقعیت‌های مرز محفظه نسبت به سوژه پاسخ می‌دهد، اما توزیع جهت ترجیحی دووجهی است با قله‌هایی که در 180 درجه مقابل یکدیگر در دو طرف حیوان قرار دارند (68- درجه و 112 درجه). کمی از عمود بر محور طولی حیوان 22 درجه منحرف شده است (2d).
تصویر شماره 2: جهت گیری و فاصله ترجیحی برای پاسخ سلول مرزی خود محور (EBC).
توضیحات تصویر شماره 2:a - نقشه های مرزی خودمرکز برای چهار EBC مطالعه شده به طور همزمان با جهت گیری های ترجیحی متفاوت که در بالای هر نمودار نشان داده شده است.
b - موقعیت تترودها مطابق با سلول های از 2a (اعداد نشان دهنده عدد تترود هستند)؛
с - توزیع احتمال جهت گیری های ترجیحی برای همه EBC های یک موش صحرایی.
d - توزیع احتمال جهت گیری های ترجیحی برای EBC تمام موش ها.
е - موقعیت تترودها برای سلول های نشان داده شده در 2f;
f - نقشه های مرزی خود محور برای شش EBC ثبت شده به طور همزمان با فواصل ترجیحی متفاوت که در بالای هر نمودار نشان داده شده است.
g توزیع احتمال فاصله ترجیحی برای همه EBC های یک موش است.
h توزیع احتمال فاصله ترجیحی برای EBC تمام موش‌ها است.
i - نمودار قطبی فاصله ترجیحی و جهت گیری ترجیحی برای همه EBC ها با اندازه فضا که با رنگ و قطر نقطه نشان داده می شود.
توزیع فاصله ترجیحی تا مرز شامل سه قله است: 6.4، 13.5 و 25.6 سانتی متر، که نشان دهنده وجود سه فاصله ترجیحی مختلف بین EBC ها است.2f-2h) که ممکن است برای یک استراتژی جستجوی ناوبری سلسله مراتبی مهم باشد. اندازه میدان های گیرنده EBC با فاصله ترجیحی افزایش می یابد (2i) که نشان دهنده افزایش دقت نمایش خودمحورانه مرزها با کاهش فاصله بین دیوار و سوژه است.
هیچ توپوگرافی واضحی هم در جهت گیری ترجیحی و هم در فاصله وجود نداشت، زیرا EBC های فعال سوژه با جهت گیری ها و فواصل متفاوت از دیوار روی یک تترود ظاهر می شدند.2a, 2b, 2e и 2f).
همچنین مشخص شد که EBC به طور پایدار به مرزهای فضا (دیوارهای اتاقک) در هر اتاق آزمایش پاسخ می دهد. دانشمندان برای تایید اینکه EBC ها به مرزهای محلی محفظه به جای ویژگی های دیستال آن پاسخ می دهند، موقعیت دوربین را 45 درجه "چرخش" کردند و چندین دیوار را سیاه کردند و آن را با دیوارهای مورد استفاده در آزمایش های قبلی متفاوت کردند.
داده ها هم در یک محفظه آزمایش معمولی و هم در یک اتاقک چرخشی جمع آوری شد. علی‌رغم تغییر در محفظه آزمایش، تمام جهت‌گیری‌ها و فواصل ترجیحی نسبت به دیواره‌های آزمودنی‌های آزمایش EBC یکسان باقی ماندند.
با توجه به اهمیت زاویه ها، این امکان که EBC ها به طور منحصر به فرد این ویژگی های محیطی محلی را رمزگذاری می کنند نیز در نظر گرفته شد. با جداسازی تفاوت بین پاسخ نزدیک گوشه ها و پاسخ نزدیک به وسط دیوار، زیرمجموعه ای از سلول های EBC (n = 16؛ 9,4٪) شناسایی شدند که افزایش پاسخ به گوشه ها را نشان می دهند.
بنابراین، می‌توان نتیجه‌گیری میانی داشت که این سلول‌های EBC هستند که به محیط محفظه، یعنی به دیواره‌های محفظه آزمایش و گوشه‌های آن، کاملاً پاسخ می‌دهند.
سپس، دانشمندان آزمایش کردند که آیا پاسخ سلول‌های EBC به یک فضای باز (یک میدان آزمایشی بدون پیچ و خم، یعنی فقط 4 دیوار) برای اندازه‌های مختلف اتاق آزمایش یکسان است یا خیر. سه بازدید انجام شد که در هر یک از آنها طول دیوارها 3 سانتی متر با دیوارهای قبلی تفاوت داشت.
صرف نظر از اندازه اتاق آزمایش، EBC به مرزهای آن در همان فاصله و جهت گیری نسبت به آزمودنی پاسخ داد. این نشان می دهد که پاسخ با اندازه محیط مقیاس ندارد.
تصویر شماره 3: پاسخ پایدار سلول های EBC به مرزهای فضا.
توضیحات تصویر شماره 3:а - نقشه های EBC خود محور در شرایط عادی (سمت چپ) و زمانی که محفظه آزمایش 45 درجه (راست) چرخیده است.
b - نقشه های EBC خود محور برای یک محفظه به ابعاد 1.25 x 1.25 متر (سمت چپ) و برای یک اتاق بزرگ 1.75 x 1.75 متر (راست).
с - نقشه های EBC خود محور با دیوارهای اتاق سیاه معمولی (سمت چپ) و با دیوارهای طرح دار (راست).
d-f - نمودارهای فاصله ترجیحی (بالا) و تغییرات در جهت ترجیحی نسبت به خط پایه (پایین).
از آنجایی که جسم مخطط اطلاعاتی در مورد محیط از چندین ناحیه قشر بینایی دریافت می کند، دانشمندان همچنین آزمایش کردند که آیا ظاهر دیواره ها تحت تأثیر قرار می گیرد یا خیر.3) محفظه هایی برای واکنش سلول های EBC.
تغییر ظاهر مرزهای فضا هیچ تاثیری بر واکنش سلول های EBC و فاصله و جهت گیری مورد نیاز برای واکنش نسبت به موضوع نداشت.
تصویر شماره 4: پایداری پاسخ سلول EBC بدون توجه به محیط.
توضیحات تصویر شماره 4:а - نقشه های خود محور برای EBC در محیط های آشنا (چپ) و جدید (راست)؛
b - نقشه های خود محوری برای EBC به دست آمده در همان محیط، اما با فاصله زمانی.
с - نمودارهای فاصله ترجیحی (بالا) و تغییر جهت ترجیحی نسبت به خط پایه (پایین) برای محیط های جدید (ناآشنا).
d - نمودارهای فاصله ترجیحی (بالا) و تغییر جهت ترجیحی نسبت به خط پایه (پایین) برای محیط های قبلاً مطالعه شده (آشنا).
همچنین مشخص شد که پاسخ سلول های EBC و همچنین جهت گیری و فاصله مورد نیاز نسبت به سوژه در طول زمان تغییر نمی کند.
با این حال، این آزمایش "موقت" در همان اتاق آزمایش انجام شد. همچنین لازم بود بررسی شود که تفاوت بین واکنش EBC به شرایط شناخته شده و شرایط جدید چیست. برای انجام این کار، چندین بازدید انجام شد، زمانی که موش‌ها محفظه را که قبلاً از آزمایش‌های قبلی می‌دانستند و سپس اتاق‌های جدید با فضای باز را مطالعه کردند.
همانطور که حدس زده اید، پاسخ سلول های EBC + جهت/فاصله دلخواه در محفظه های جدید بدون تغییر باقی ماند.4a, 4c).
بنابراین، واکنش EBC یک نمایش پایدار از مرزهای محیط نسبت به آزمودنی در همه انواع این محیط، بدون توجه به ظاهر دیوارها، مساحت محفظه آزمایش، حرکت آن و زمان سپری شده توسط آزمودنی در اتاق.
برای آشنایی دقیق تر با تفاوت های ظریف مطالعه، توصیه می کنم نگاه کنید и به او.
خاتمه
در این کار، دانشمندان موفق شدند در عمل نظریه بازنمایی خود محوری محیط را تأیید کنند، که برای جهت گیری در فضا بسیار مهم است. آنها ثابت کردند که یک فرآیند میانی بین بازنمایی فضایی آلوسنتریک و کنش واقعی وجود دارد که در آن سلول‌های خاصی از جسم مخطط به نام سلول‌های مرزی خود محور (EBCs) شرکت می‌کنند. همچنین مشخص شد که EBC ها بیشتر به کنترل حرکت کل بدن مربوط می شود و نه فقط سر افراد.
این مطالعه با هدف تعیین مکانیسم کامل جهت گیری در فضا، تمامی اجزا و متغیرهای آن انجام شد. به گفته دانشمندان، این کار بیشتر به بهبود فناوری‌های ناوبری برای خودروهای خودران و ربات‌هایی که می‌توانند فضای اطراف خود را مانند ما درک کنند، کمک خواهد کرد. محققان در مورد نتایج کار خود بسیار هیجان زده هستند، که دلیلی برای ادامه مطالعه رابطه بین مناطق خاصی از مغز و نحوه حرکت در فضا است.
از توجه شما متشکرم، کنجکاو بمانید و هفته خوبی برای همه داشته باشید! 🙂
از اینکه با ما ماندید متشکرم آیا مقالات ما را دوست دارید؟ آیا می خواهید مطالب جالب تری ببینید؟ با ثبت سفارش یا معرفی به دوستان از ما حمایت کنید 30٪ تخفیف برای کاربران Habr در آنالوگ منحصر به فرد سرورهای سطح ورودی که توسط ما برای شما اختراع شده است: (در دسترس با RAID1 و RAID10، حداکثر 24 هسته و حداکثر 40 گیگابایت DDR4).
Dell R730xd 2 برابر ارزان تر است؟ فقط اینجا در هلند! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - از 99 دلار! در مورد بخوانید
منبع: www.habr.com