तीन पाइंस में खो मत जाओ: पर्यावरण का एक अहंकारी दृश्य

आंदोलन जीवन है। इस वाक्यांश की व्याख्या आगे बढ़ने के लिए एक प्रेरणा के रूप में की जा सकती है, न कि खड़े रहने और जो आप चाहते हैं उसे प्राप्त करने के लिए, और इस तथ्य के एक बयान के रूप में कि लगभग सभी जीवित प्राणी अपने अधिकांश जीवन गति में हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए कि अंतरिक्ष में हमारी गति और गति हर बार हमारे माथे पर धक्कों और हमारे पैरों पर टूटी हुई छोटी उंगलियों के साथ समाप्त नहीं होती है, हमारा मस्तिष्क पर्यावरण के सहेजे गए "मानचित्रों" का उपयोग करता है जो अनजाने में हमारे आंदोलन के क्षण में पॉप अप हो जाते हैं। . हालाँकि, एक राय है कि मस्तिष्क इन कार्डों को बाहर से नहीं बोलता है, इसलिए बोलने के लिए, लेकिन इस कार्ड पर एक व्यक्ति को रखकर और पहले व्यक्ति से देखे जाने पर डेटा एकत्र करके। बोस्टन विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने प्रयोगशाला चूहों के साथ व्यावहारिक प्रयोगों की एक श्रृंखला आयोजित करके इस सिद्धांत को सिद्ध करने का निर्णय लिया। मस्तिष्क वास्तव में अंतरिक्ष में कैसे नेविगेट करता है, कौन सी कोशिकाएं शामिल हैं, और स्वायत्त कारों और रोबोटों के भविष्य के लिए यह शोध क्या भूमिका निभाता है? इस बारे में हमें रिसर्च ग्रुप की रिपोर्ट से पता चलता है। जाना।

अनुसंधान आधार

तो, कई साल पहले स्थापित तथ्य यह है कि अंतरिक्ष में अभिविन्यास के लिए जिम्मेदार मस्तिष्क का मुख्य भाग हिप्पोकैम्पस है।

हिप्पोकैम्पस विभिन्न प्रक्रियाओं में शामिल है: भावनाओं का निर्माण, अल्पकालिक स्मृति का दीर्घकालिक स्मृति में परिवर्तन, और स्थानिक स्मृति का निर्माण। यह बाद वाला है जो बहुत "मानचित्रों" का स्रोत है जिसे हमारा मस्तिष्क अंतरिक्ष में अधिक कुशल अभिविन्यास के लिए सही समय पर बुलाता है। दूसरे शब्दों में, हिप्पोकैम्पस अंतरिक्ष के त्रि-आयामी तंत्रिका मॉडल को संग्रहीत करता है जिसके अंदर मस्तिष्क का स्वामी स्थित होता है।

समुद्री घोड़ा

एक सिद्धांत है जो बताता है कि हिप्पोकैम्पस से वास्तविक नेविगेशन और मानचित्रों के बीच एक मध्यवर्ती कदम है - इन मानचित्रों का प्रथम-व्यक्ति दृश्य में परिवर्तन। यही है, एक व्यक्ति यह समझने की कोशिश कर रहा है कि कुछ कहाँ स्थित है (जैसा कि हम वास्तविक मानचित्रों पर देखते हैं), लेकिन उसके सापेक्ष कुछ कहाँ स्थित होगा (जैसे Google मानचित्र में "सड़क दृश्य" फ़ंक्शन)।

जिस काम पर हम विचार कर रहे हैं, उसके लेखक निम्नलिखित पर जोर देते हैं: पर्यावरण के संज्ञानात्मक मानचित्रों को आवंटन प्रणाली में हिप्पोकैम्पल गठन में एन्कोड किया गया है, लेकिन मोटर कौशल (स्वयं आंदोलनों) को अहंकारी प्रणाली में दर्शाया गया है।

UFO: एनिमी अननोन (एलोकेंट्रिक सिस्टम) और DOOM (एगोसेंट्रिक सिस्टम)।

एलोसेंट्रिक और एग्नोसेंट्रिक सिस्टम के बीच का अंतर तीसरे व्यक्ति के खेल (या साइड व्यू, टॉप व्यू, आदि) और पहले व्यक्ति के गेम के बीच के अंतर की तरह है। पहले मामले में पर्यावरण ही हमारे लिए महत्वपूर्ण है, दूसरे मामले में इस पर्यावरण के संबंध में हमारी स्थिति। इस प्रकार, एलोसेंट्रिक नेविगेशन योजनाओं को वास्तविक कार्यान्वयन के लिए एक अहंकारी प्रणाली में परिवर्तित किया जाना चाहिए, अर्थात अंतरिक्ष में आंदोलन।

शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि यह पृष्ठीय है स्ट्रिएटम (डीएमएस)* उपरोक्त प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

मानव मस्तिष्क की स्ट्रेटम।

स्ट्रिएटम* - मस्तिष्क का वह भाग जो बेसल गैन्ग्लिया से संबंधित है; स्ट्रिएटम मांसपेशियों की टोन, आंतरिक अंगों और व्यवहार संबंधी प्रतिक्रियाओं के नियमन में शामिल है; ग्रे और सफेद पदार्थ के वैकल्पिक बैंड की संरचना के कारण स्ट्रिएटम को "स्ट्रिएटम" भी कहा जाता है।

डीएमएस स्थानिक नेविगेशन के संबंध में निर्णय लेने और कार्रवाई से जुड़े तंत्रिका प्रतिक्रियाओं को प्रदर्शित करता है, इसलिए मस्तिष्क के इस क्षेत्र का अधिक विस्तार से अध्ययन किया जाना चाहिए।

अध्ययन के परिणाम

स्ट्रैटम (डीएमएस) में अहंकारी स्थानिक जानकारी की उपस्थिति / अनुपस्थिति को निर्धारित करने के लिए, 4 पुरुष चूहों को डीएमएस (मस्तिष्क के वांछित क्षेत्रों से जुड़े विशेष इलेक्ट्रोड) तक 16 टेट्रोड के साथ प्रत्यारोपित किया गया था।1а).

छवि #1: संदर्भ के एक अहंकारी फ्रेम में पर्यावरणीय सीमाओं के लिए स्ट्राइटल सेल प्रतिक्रिया।

छवि #1 के लिए स्पष्टीकरण:а - टेट्रोड के स्थान के बिंदु;
b - सीमाओं का अहंकारी नक्शा;
с - एलोसेंट्रिक स्थानिक मानचित्र (बाईं ओर 4 वर्ग), शरीर की स्थिति के सापेक्ष सेल प्रतिक्रिया चोटियों के स्थानों के रंग-कोडित प्रक्षेपवक्र भूखंड, और ईबीसी कोशिकाओं की प्रतिक्रिया के आधार पर ईबीसी कोशिकाओं की प्रतिक्रिया के आधार पर अहंकारी मानचित्र (दाईं ओर 4 वर्ग) और चूहे और दीवार के बीच की दूरी;
d - एक बेटा 1с, लेकिन जानवर से पसंदीदा दूरी वाले ईबीसी के लिए;
e - एक बेटा 1с, लेकिन दो उलटे ईबीसी के लिए;
f - देखी गई कोशिकाओं के लिए औसत परिणामी लंबाई का वितरण;
g - आंदोलन की दिशा और सिर की दिशा का उपयोग करके ईबीसी के लिए औसत परिणामी लंबाई का वितरण;
h — कोशिकाओं (कुल और ईबीसी) की औसत प्रतिक्रिया का वितरण।

चौबीस प्रयोग किए गए जब चूहों ने बेतरतीब ढंग से बिखरे हुए भोजन को उनके परिचित स्थान (खुले, भूलभुलैया में नहीं) में एकत्र किया। परिणामस्वरूप, 44 कक्ष दर्ज किए गए । एकत्र किए गए डेटा से, 939 हेड डायरेक्शन सेल (HDCs) की उपस्थिति स्थापित की गई थी, हालांकि, कोशिकाओं का केवल एक छोटा सा हिस्सा, और अधिक सटीक रूप से 31 में, स्थानिक स्थानिक संबंध थे। साथ ही, पर्यावरण के परिधि द्वारा सीमित इन कोशिकाओं की गतिविधि केवल परीक्षण कक्ष की दीवारों के साथ चूहे के आंदोलन के दौरान देखी गई थी, जो अंतरिक्ष की सीमाओं को एन्कोड करने के लिए एक अहंकारी योजना का सुझाव देती है।

इस तरह के एक अहंकारी प्रतिनिधित्व की संभावनाओं का आकलन करने के लिए, पीक सेल गतिविधि संकेतकों के आधार पर, अहंकारी सीमा मानचित्र बनाए गए थे (1b), जो चूहे के आंदोलन की दिशा के सापेक्ष सीमाओं के अभिविन्यास और दूरी को दर्शाता है, न कि उसके सिर की स्थिति (की तुलना में) 1g).

कैप्चर की गई कोशिकाओं में से 18% (171 में से 939) ने एक महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया दिखाई जब कक्ष सीमा ने विषय के सापेक्ष एक निश्चित स्थिति और अभिविन्यास पर कब्जा कर लिया (1f). वैज्ञानिकों ने उन्हें एगोसेंट्रिक बाउंड्री सेल (ईबीसी) कहा है। अहंकारी सीमा कोशिकाएं). प्रयोगात्मक विषयों में ऐसे कक्षों की संख्या 15 के औसत के साथ 70 से 42.75 के बीच थी (1c, 1d).

अहंकारी सीमाओं की कोशिकाओं में वे थे जिनकी गतिविधि कक्ष की सीमाओं के जवाब में कम हो गई थी। कुल मिलाकर 49 थे और उन्हें उलटा ईबीसी (आईईबीसी) कहा जाता था। ईबीसी और आईईबीसी में सेल प्रतिक्रिया (उनकी क्रिया क्षमता) का औसत सूचकांक काफी कम था - 1,26 ± 0,09 हर्ट्ज (1h).

ईबीसी आबादी विषय के सापेक्ष कक्ष सीमा के सभी झुकावों और स्थितियों पर प्रतिक्रिया करती है, लेकिन पसंदीदा अभिविन्यास का वितरण जानवर के दोनों तरफ एक दूसरे के विपरीत 180 डिग्री स्थित चोटियों के साथ द्विपक्षीय है (-68 डिग्री और 112 डिग्री), जा रहा है जानवर के लंबे अक्ष के लंबवत से 22° (2d).

छवि #2: अहंकारी सीमा सेल (ईबीसी) प्रतिक्रिया के लिए पसंदीदा अभिविन्यास और रिक्ति।

छवि #2 के लिए स्पष्टीकरण:a - चार एक साथ ईबीसी का अध्ययन करने के लिए अहंकारी सीमा मानचित्र प्रत्येक ग्राफ के ऊपर संकेतित विभिन्न पसंदीदा अभिविन्यासों के साथ;
b - से कोशिकाओं के अनुसार टेट्रोड की स्थिति 2а (संख्याएं टेट्रोड संख्या दर्शाती हैं);
с - एक चूहे के सभी ईबीसी के लिए पसंदीदा अभिविन्यास का संभाव्यता वितरण;
d - सभी चूहों के ईबीसी के लिए पसंदीदा अभिविन्यास का संभाव्यता वितरण;
е - में दिखाए गए कोशिकाओं के लिए टेट्रोड्स की स्थिति 2f;
f - छह एक साथ रिकॉर्ड किए गए ईबीसी के लिए अहंकारी सीमा मानचित्र प्रत्येक प्लॉट के ऊपर अलग-अलग पसंदीदा दूरी के साथ;
g एक चूहे के सभी ईबीसी के लिए पसंदीदा दूरी का संभाव्यता वितरण है;
h सभी चूहों के ईबीसी के लिए पसंदीदा दूरी का संभाव्यता वितरण है;
i - रंग और डॉट व्यास द्वारा दर्शाए गए अंतरिक्ष आकार के साथ सभी ईबीसी के लिए पसंदीदा दूरी और पसंदीदा अभिविन्यास का ध्रुवीय प्लॉट।

सीमा के लिए पसंदीदा दूरी के वितरण में तीन शिखर शामिल हैं: 6.4, 13.5 और 25.6 सेमी, जो ईबीसी के बीच तीन अलग-अलग पसंदीदा दूरी की उपस्थिति को दर्शाता है (2f-2h) जो एक पदानुक्रमित नेविगेशनल खोज रणनीति के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है। पसंदीदा दूरी के साथ ईबीसी ग्रहणशील क्षेत्रों का आकार बढ़ा (2i), दीवार और विषय के बीच की दूरी घटने के साथ सीमाओं के अहंकारी प्रतिनिधित्व की सटीकता में वृद्धि का संकेत देता है।

पसंदीदा अभिविन्यास और दूरी दोनों में कोई स्पष्ट स्थलाकृति नहीं थी, क्योंकि विषय के सक्रिय ईबीसी अलग-अलग झुकाव और दीवार से दूरी के साथ एक ही टेट्रोड पर दिखाई देते थे (2a, 2b, 2e и 2f).

यह भी पाया गया कि ईबीसी किसी भी परीक्षण कक्षों में अंतरिक्ष की सीमाओं (चैंबर की दीवारों) पर सख्ती से प्रतिक्रिया करता है। यह पुष्टि करने के लिए कि ईबीसी कक्ष की बाहरी विशेषताओं के बजाय कक्ष की स्थानीय सीमाओं पर प्रतिक्रिया करते हैं, वैज्ञानिकों ने कैमरे की स्थिति को 45 डिग्री तक "घुमाया" और कई दीवारों को काला कर दिया, जिससे यह पिछले परीक्षणों में उपयोग किए गए से अलग हो गया।

डेटा को एक पारंपरिक परीक्षण कक्ष और एक घुमाए गए दोनों में एकत्र किया गया था। परीक्षण कक्ष में परिवर्तन के बावजूद, ईबीसी परीक्षण विषयों की दीवारों के सापेक्ष सभी पसंदीदा झुकाव और दूरी समान रहे।

कोणों के महत्व को देखते हुए, इस संभावना पर भी विचार किया गया कि ईबीसी विशिष्ट रूप से इन स्थानीय पर्यावरणीय विशेषताओं को कूटबद्ध करते हैं। कोनों के पास प्रतिक्रिया और दीवार के मध्य के पास प्रतिक्रिया के बीच अंतर को अलग करके, ईबीसी कोशिकाओं का एक सबसेट (एन = 16; 9,4%) की पहचान की गई जो कोनों में बढ़ी हुई प्रतिक्रिया दिखाती है।

इस प्रकार, हम एक मध्यवर्ती निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि यह ईबीसी कोशिकाएं हैं जो कक्ष की परिधि, अर्थात् परीक्षण कक्ष की दीवारों और उसके कोनों पर पूरी तरह से प्रतिक्रिया करती हैं।

इसके बाद, वैज्ञानिकों ने परीक्षण किया कि क्या ईबीसी कोशिकाओं की एक खुली जगह (भूलभुलैया के बिना एक परीक्षण क्षेत्र, यानी सिर्फ 4 दीवारें) की प्रतिक्रिया विभिन्न परीक्षण कक्ष आकारों के लिए समान है। तीन दौरे किए गए, जिनमें से प्रत्येक में दीवारों की लंबाई पिछले वाले से 3 सेमी भिन्न थी।

परीक्षण कक्ष के आकार के बावजूद, ईबीसी ने परीक्षण विषय के सापेक्ष समान दूरी और अभिविन्यास पर अपनी सीमाओं पर प्रतिक्रिया दी। यह इंगित करता है कि प्रतिक्रिया पर्यावरण के आकार के साथ पैमाना नहीं है।

छवि #3: अंतरिक्ष सीमाओं के लिए ईबीसी कोशिकाओं की स्थिर प्रतिक्रिया।

छवि #3 के लिए स्पष्टीकरण:а — सामान्य परिस्थितियों में (बाएं) और जब परीक्षण कक्ष को 45° (दाएं) घुमाया गया था, तो उदासीन ईबीसी मानचित्र;
b - 1.25 x 1.25 मीटर (बाएं) और एक बढ़े हुए कक्ष 1.75 x 1.75 मीटर (दाएं) के लिए अहंकारी ईबीसी मानचित्र;
с - साधारण काले कक्ष की दीवारों (बाएं) और पैटर्न वाली दीवारों (दाएं) के साथ अहंकारी ईबीसी मानचित्र;
d-f - पसंदीदा दूरी (शीर्ष) के रेखांकन और बेसलाइन (नीचे) के सापेक्ष पसंदीदा अभिविन्यास में परिवर्तन।

चूंकि स्ट्रिएटम दृश्य प्रांतस्था के कई क्षेत्रों से पर्यावरण के बारे में जानकारी प्राप्त करता है, वैज्ञानिकों ने यह भी परीक्षण किया कि क्या दीवारों की उपस्थिति प्रभावित होती है (3с) ईबीसी कोशिकाओं की प्रतिक्रिया के लिए कक्ष।

अंतरिक्ष की सीमाओं की उपस्थिति को बदलने से ईबीसी कोशिकाओं की प्रतिक्रिया और विषय के सापेक्ष प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक दूरी और अभिविन्यास पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा।

छवि #4: पर्यावरण की परवाह किए बिना ईबीसी सेल प्रतिक्रिया की स्थिरता।

छवि #4 के लिए स्पष्टीकरण:а - परिचित (बाएं) और नए (दाएं) वातावरण में ईबीसी के लिए अहंकारी मानचित्र;
b - एक ही वातावरण में प्राप्त ईबीसी के लिए अहंकारी मानचित्र, लेकिन एक समय अंतराल के साथ;
с - नए (अपरिचित) वातावरण के लिए बेसलाइन (नीचे) के सापेक्ष पसंदीदा दूरी (शीर्ष) और पसंदीदा अभिविन्यास के परिवर्तन का ग्राफ;
d - पहले से अध्ययन किए गए (परिचित) वातावरण के लिए पसंदीदा दूरी (शीर्ष) और बेसलाइन (नीचे) के सापेक्ष पसंदीदा अभिविन्यास में परिवर्तन।

यह भी पाया गया कि ईबीसी कोशिकाओं की प्रतिक्रिया, साथ ही विषय के सापेक्ष आवश्यक अभिविन्यास और दूरी समय के साथ नहीं बदलती है।

हालाँकि, यह "अस्थायी" परीक्षण उसी परीक्षण कक्ष में आयोजित किया गया था। यह जांचना भी जरूरी था कि ईबीसी की ज्ञात स्थितियों और नए लोगों की प्रतिक्रिया के बीच क्या अंतर है। ऐसा करने के लिए, कई दौरे किए गए, जब चूहों ने कक्ष का अध्ययन किया, जिसे वे पहले से ही पिछले परीक्षणों से जानते हैं, और फिर खुली जगह वाले नए कक्ष।

जैसा कि आप अनुमान लगा सकते हैं, ईबीसी कोशिकाओं की प्रतिक्रिया + वांछित अभिविन्यास/दूरी नए कक्षों में अपरिवर्तित बनी हुई है (4a, 4c).

इस प्रकार, ईबीसी प्रतिक्रिया इस वातावरण के सभी प्रकारों में परीक्षण विषय के सापेक्ष पर्यावरण की सीमाओं का एक स्थिर प्रतिनिधित्व प्रदान करती है, चाहे दीवारों की उपस्थिति, परीक्षण कक्ष का क्षेत्र, इसकी गति और कक्ष में परीक्षण विषय द्वारा बिताया गया समय।

अध्ययन की बारीकियों के साथ अधिक विस्तृत परिचित के लिए, मैं देखने की सलाह देता हूं वैज्ञानिकों की रिपोर्ट и अतिरिक्त सामग्री उसे।

उपसंहार

इस कार्य में, वैज्ञानिक पर्यावरण के अहंकारी प्रतिनिधित्व के सिद्धांत की पुष्टि करने में कामयाब रहे, जो अंतरिक्ष में अभिविन्यास के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। उन्होंने साबित किया कि आबंटित स्थानिक प्रतिनिधित्व और वास्तविक क्रिया के बीच एक मध्यवर्ती प्रक्रिया है, जिसमें स्ट्रिएटम की कुछ कोशिकाएँ, जिन्हें अहंकारी सीमा कोशिकाएँ (EBCs) कहा जाता है, भाग लेती हैं। यह भी पाया गया कि ईबीसी पूरे शरीर के आंदोलन के नियंत्रण से अधिक संबंधित थे, न कि केवल विषयों के प्रमुख।

इस अध्ययन का उद्देश्य अंतरिक्ष, उसके सभी घटकों और चर में अभिविन्यास के पूर्ण तंत्र का निर्धारण करना था। वैज्ञानिकों के मुताबिक, यह काम स्वायत्त कारों और रोबोटों के लिए नेविगेशन तकनीकों को बेहतर बनाने में मदद करेगा जो हमारे आसपास की जगह को समझ सकते हैं, जैसा कि हम करते हैं। शोधकर्ता अपने काम के परिणामों के बारे में बेहद उत्साहित हैं, जो मस्तिष्क के कुछ क्षेत्रों और कैसे अंतरिक्ष में नेविगेट किया जाता है, के बीच संबंधों का अध्ययन जारी रखने का कारण देते हैं।

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स्रोत: www.habr.com