O movemento é vida. Esta frase pódese interpretar tanto como unha motivación para avanzar, para non quedarse parado e conseguir o que se quere, como como unha afirmación do feito de que case todos os seres vivos pasan a maior parte da súa vida en movemento. Para garantir que os nosos movementos e movementos no espazo non rematen con golpes na fronte e dedos pequenos rotos cada vez, o noso cerebro utiliza "mapas" almacenados do medio que xorden inconscientemente no momento do noso movemento. Non obstante, existe a opinión de que o cerebro usa estes mapas non desde fóra, por así dicilo, senón colocando a unha persoa neste mapa e recollendo datos dunha vista en primeira persoa. Científicos da Universidade de Boston decidiron probar esta teoría realizando unha serie de experimentos prácticos con ratas de laboratorio. Como navega realmente o cerebro no espazo, que células están implicadas e que papel xoga esta investigación para o futuro dos coches e robots autónomos? Diso coñecémonos co informe do grupo de investigación. Vaia.
Base de investigación
Así, o feito establecido hai moitos anos é que a principal parte do cerebro responsable da orientación no espazo é o hipocampo.
O hipocampo está implicado nunha variedade de procesos: a formación de emocións, a transformación da memoria a curto prazo en memoria a longo prazo e a formación da memoria espacial. É este último o que é a fonte deses mesmos "mapas" que o noso cerebro convoca no momento adecuado para unha orientación máis eficaz no espazo. Noutras palabras, o hipocampo almacena modelos neuronais tridimensionais do espazo no que se atopa o propietario do cerebro.
Hipocampo
Hai unha teoría que afirma que entre a navegación real e os mapas do hipocampo, hai un paso intermedio: converter estes mapas nunha vista en primeira persoa. É dicir, unha persoa intenta comprender onde se atopa algo non en xeral (como vemos nos mapas reais), senón onde se situará algo en relación a si mesma (como a función "street view" en Google Maps).
Os autores do traballo que estamos a considerar destacan o seguinte: Os mapas cognitivos do medio están codificados na formación hipocampal no sistema alocéntrico, pero as habilidades motrices (os propios movementos) están representadas no sistema egocéntrico.
OVNI: Enemy Unknown (sistema alocéntrico) e DOOM (sistema egocéntrico).
A diferenza entre os sistemas alocéntricos e egocéntricos é semellante á diferenza entre os xogos desde unha vista en terceira persoa (ou vista lateral, vista superior, etc.) e os xogos desde unha vista en primeira persoa. No primeiro caso, o propio medio é importante para nós, no segundo, a nosa posición con respecto a este medio. Así, os plans de navegación alocéntricos deben converterse nun sistema egocéntrico para a súa implementación real, é dicir. movemento no espazo.
Os investigadores cren que é o dorsomedial estriado (DMS)* desempeña un papel fundamental no proceso anterior.
O estriado do cerebro humano.
estriado* - parte do cerebro que pertence aos ganglios basais; o estriado está implicado na regulación do ton muscular, os órganos internos e as reaccións de comportamento; O estriado tamén se chama "estriado" debido á súa estrutura de bandas alternas de materia gris e branca.
O DMS demostra respostas neuronais asociadas á toma de decisións e á realización de accións relativas á navegación no espazo, polo que esta rexión do cerebro debería ser estudada con máis detalle.
Resultados da investigación
Para determinar a presenza/ausencia de información espacial egocéntrica no estriado (DMS), implantáronse 4 ratas machos con ata 16 tetrodos (electrodos especiais conectados ás áreas desexadas do cerebro) dirixidos ao DMS.1).
Imaxe #1: Resposta das células estriais aos límites ambientais nun marco de referencia egocéntrico.
Explicacións da imaxe no 1:а - puntos de localización de tetrodos;
b — mapa de límites egocéntricos;
с — mapas espaciais alocéntricos (4 cadrados á esquerda), trazados de traxectoria codificados por cores dos lugares dos picos de resposta celular en relación á posición do corpo e mapas egocéntricos (4 cadrados á dereita) baseados na resposta das células EBC en varias orientacións e distancias entre a rata e a parede;
d - como en 1s, pero para EBC con distancias preferentes do animal;
e - como en 1s, pero para dous EBC inversos;
f — distribución da lonxitude media resultante das celas observadas;
g - distribución da lonxitude media resultante para EBC utilizando a dirección do movemento e a dirección da cabeza;
h — distribución da resposta media das células (todas e EBC).
Realizáronse 44 experimentos nos que as ratas recollían alimentos espallados aleatoriamente nun espazo familiar (aberto, non nun labirinto). Como resultado, rexistráronse 939 células. A partir dos datos recollidos, identificáronse 31 células de dirección da cabeza (HDC), pero só unha pequena fracción das células, 19 para ser exactos, tiñan correlatos espaciais alocéntricos. Ademais, a actividade destas células, limitada polo perímetro do ambiente, observouse só durante o movemento da rata ao longo das paredes da cámara de proba, o que suxire un esquema egocéntrico para codificar os límites do espazo.
Para avaliar as posibilidades dunha representación tan egocéntrica baseada na actividade máxima da célula, creáronse mapas de límites egocéntricos (1b), que ilustran a orientación e a distancia dos límites en relación coa dirección do movemento da rata, en lugar da posición da súa cabeza (comparación con 1g).
O 18% das células rexistradas (171 de 939) mostraron unha resposta significativa cando o límite da cámara ocupaba unha determinada posición e orientación en relación á experimental (1f). Os científicos chámanlles células de límite egocéntricas (EBC). células límite egocéntricas). O número de tales células en suxeitos experimentais variou de 15 a 70 cunha media de 42.75 (1c, 1d).
Entre as células dos límites egocéntricos, houbo aquelas cuxa actividade diminuíu en resposta aos límites da cámara. Eran 49 en total e chamáronse EBC inversos (iEBC). A resposta celular media (o seu potencial de acción) en EBC e iEBC foi bastante baixa - 1,26 ± 0,09 Hz (1h).
A poboación de células EBC responde a todas as orientacións e posicións do límite da cámara en relación co suxeito da proba, pero a distribución da orientación preferida é bimodal con picos situados 180° uns fronte aos outros a cada lado do animal (-68° e 112°). , estando lixeiramente desfasado da perpendicular ao eixe longo do animal en 22° (2d).
Imaxe #2: orientación e distancia preferidas para a resposta das células de límite egocéntricas (EBC).
Explicacións da imaxe no 2:a — mapas de límites egocéntricos para catro EBC examinados simultáneamente con diferentes orientacións preferidas indicadas enriba de cada gráfico;
b - posición dos tetrodos de acordo coas células procedentes 2 (os números indican o número de tetrodo);
с — distribución de probabilidade das orientacións preferidas para todos os EBC dunha rata;
d — distribución de probabilidade das orientacións preferidas para EBC de todas as ratas;
е - Posicións dos tetrodos para as células mostradas 2f;
f - mapas de límites egocéntricos para seis EBC rexistrados simultáneamente con diferentes distancias preferidas indicadas enriba de cada gráfico;
g — distribución de probabilidade da distancia preferida para todos os EBC dunha rata;
h — distribución de probabilidade da distancia preferida para EBC de todas as ratas;
i é unha gráfica polar de distancia preferida e orientación preferida para todos os EBC, co tamaño do espazo representado pola cor e o diámetro dos puntos.
A distribución da distancia preferida ao límite contiña tres picos: 6.4, 13.5 e 25.6 cm, indicando a presenza de tres distancias preferentes diferentes entre os EBC (2f-2h), que pode ser importante para unha estratexia de busca de navegación xerárquica. O tamaño dos campos receptivos EBC aumentou en función da distancia preferida (2i), o que indica que a precisión da representación egocéntrica dos límites aumenta ao diminuír a distancia entre a parede e o suxeito experimental.
Tanto a orientación como a distancia preferidas carecían dunha topografía clara, xa que os EBC activos do suxeito con diferentes orientacións e distancias relativas á parede aparecían no mesmo tetrodo (2a, 2b, 2e и 2f).
Tamén se comprobou que os EBC responden constantemente aos límites do espazo (paredes da cámara) en calquera versión das cámaras de proba. Para confirmar que os EBC responden aos límites locais da cámara en lugar das súas características distais, os científicos "xiraron" a posición da cámara 45 ° e fixeron negras varias paredes, facéndoa diferente á utilizada en probas anteriores.
Os datos recolléronse tanto na cámara de proba normal como na rotada. A pesar do cambio na cámara de proba, todas as orientacións e distancias preferidas en relación ás paredes dos suxeitos da proba EBC seguían sendo as mesmas.
Dada a importancia dos ángulos, tamén se considerou a posibilidade de que os EBC codifiquen de forma única estes atributos ambientais locais. Ao illar a diferenza entre a resposta preto das esquinas e a resposta preto do medio da parede, identificamos un subconxunto de células EBC (n = 16; 9,4%) que presentan unha resposta maior ás esquinas.
Así, podemos facer unha conclusión intermedia de que son as células EBC as que responden ben ao perímetro da cámara, é dicir, ás paredes da cámara de proba e ás súas esquinas.
A continuación, os científicos probaron se a resposta das células EBC ao espazo aberto (unha area de proba sen labirinto, é dicir, só 4 paredes) é a mesma para diferentes versións da área da sala de proba. Realizáronse 3 tiradas, en cada unha das cales a lonxitude dos muros difería das anteriores en 50 cm.
Independentemente do tamaño da cámara de proba, os EBC responderon aos seus límites á mesma distancia e orientación en relación ao suxeito da proba. Isto indica que a resposta non se escala co tamaño ambiental.
Imaxe #3: Resposta estable das células EBC aos límites espaciais.
Explicacións da imaxe no 3:а — mapas EBC egocéntricos en condicións normais (esquerda) e cando a cámara de proba se xirou 45° (dereita);
b — mapas EBC egocéntricos para unha cámara de 1.25 x 1.25 m (esquerda) e para unha cámara ampliada de 1.75 x 1.75 m (dereita);
с — mapas EBC egocéntricos con paredes de cámara negras regulares (esquerda) e con paredes estampadas (dereita);
d-f — gráficos da distancia preferida (arriba) e os cambios na orientación preferida en relación á liña de base (abaixo).
Dado que o cuerpo estriado recibe información sobre o medio ambiente de varias áreas da cortiza visual do cerebro, os científicos tamén probaron se a aparición das paredes inflúe (3s) cámaras sobre a resposta das células EBC.
Cambiar a aparencia dos límites do espazo non tivo ningún efecto sobre a reacción das células EBC nin sobre a distancia e orientación necesarias para a reacción en relación ao suxeito experimental.
Imaxe #4: coherencia da resposta das células EBC independentemente do ambiente.
Explicacións da imaxe no 4:а — mapas egocéntricos para EBC en ambientes familiares (esquerda) e novos (dereita);
b — mapas egocéntricos para EBC, obtidos no mesmo contorno, pero cun intervalo de tempo;
с — gráficos de distancia preferida (arriba) e cambios na orientación preferida en relación á liña de base (abaixo) para ambientes novos (descoñecidos);
d — gráficos da distancia preferida (arriba) e os cambios na orientación preferida en relación á liña de base (abaixo) para ambientes previamente estudados (familiares).
Tamén se comprobou que a resposta das células EBC, así como a orientación e a distancia requiridas en relación ao suxeito experimental, non cambian co paso do tempo.
Non obstante, esta proba "cronometrada" realizouse na mesma cámara de probas. Tamén houbo que comprobar que diferenza había entre a resposta do EBC ás condicións coñecidas e ás novas. Para iso realizáronse varias carreiras cando as ratas estudaron unha cámara que xa coñecían de probas anteriores, e despois novas cámaras con espazo aberto.
Como podes ter adiviñado, a resposta da célula EBC + a orientación/distancia desexada permaneceu sen cambios nas novas cámaras (4a, 4c).
Así, a resposta EBC proporciona unha representación estable dos límites do ambiente en relación co suxeito da proba en todos os tipos dese ambiente, independentemente da aparencia das paredes, a área da cámara de proba, o seu movemento e o tempo. o tema pasado no hemiciclo.
Para un coñecemento máis detallado dos matices do estudo, recoméndolle ollar и a el.
Epílogo
Neste traballo, os científicos puideron confirmar na práctica a teoría dunha representación egocéntrica do medio, que é sumamente importante para a orientación no espazo. Demostraron que entre a representación espacial alocéntrica e a acción real existe un proceso intermedio que implica a certas células do estriado, chamado células de límite egocéntricas (EBC). Tamén se comprobou que os EBC estaban máis relacionados co control do movemento de todo o corpo, e non só do xefe dos suxeitos da proba.
Este estudo pretendía determinar o mecanismo completo de orientación no espazo, todos os seus compoñentes e variables. Este traballo, segundo os científicos, contribuirá aínda máis a mellorar as tecnoloxías de navegación para coches autónomos e para robots que poderán comprender o espazo que os rodea, do mesmo xeito que nós. Os investigadores están moi satisfeitos cos resultados do seu traballo, que proporcionan motivos para seguir estudando a relación entre determinadas áreas do cerebro e como se realiza a navegación no espazo.
Grazas pola vosa atención, manteña a curiosidade e que teñades unha boa semana a todos! 🙂
Grazas por estar connosco. Gústanche os nosos artigos? Queres ver máis contido interesante? Apóyanos facendo un pedido ou recomendando a amigos, Desconto do 30 % para os usuarios de Habr nun análogo único de servidores de nivel de entrada, que inventamos nós para ti: (dispoñible con RAID1 e RAID10, ata 24 núcleos e ata 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 veces máis barato? Só aquí nos Países Baixos! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - desde $ 99! Ler sobre
Fonte: www.habr.com