Kretanje je život. Ova se fraza može protumačiti i kao motivacija da se ide naprijed, a ne da stojite na mjestu i postignete ono što želite, i kao izjava činjenice da gotovo sva živa bića većinu svog života provode u pokretu. Kako naši pokreti i kretanja u prostoru ne bi svaki put završili kvrgama na čelu i slomljenim malim nožnim prstima, naš mozak koristi pohranjene „karte“ okoline koje nesvjesno nastaju u trenutku našeg kretanja. Međutim, postoji mišljenje da mozak te karte ne koristi tako reći izvana, već stavljanjem osobe na tu kartu i prikupljanjem podataka iz pogleda iz prvog lica. Znanstvenici sa Sveučilišta u Bostonu odlučili su dokazati ovu teoriju provodeći niz praktičnih eksperimenata s laboratorijskim štakorima. Kako se mozak zapravo kreće u svemiru, koje su stanice uključene i kakvu ulogu ima ovo istraživanje za budućnost autonomnih automobila i robota? O tome doznajemo iz izvješća istraživačke skupine. Ići.
Osnova istraživanja
Dakle, činjenica utvrđena prije mnogo godina je da je glavni dio mozga odgovoran za orijentaciju u prostoru hipokampus.
Hipokampus je uključen u različite procese: formiranje emocija, transformaciju kratkoročnog pamćenja u dugoročno pamćenje i formiranje prostornog pamćenja. Upravo je potonji izvor onih “karti” koje naš mozak poziva u pravom trenutku za učinkovitiju orijentaciju u prostoru. Drugim riječima, hipokampus pohranjuje trodimenzionalne neuralne modele prostora unutar kojeg se nalazi vlasnik mozga.
Hipokampus
Postoji teorija koja tvrdi da između stvarne navigacije i karata iz hipokampusa postoji međukorak - pretvaranje tih karata u prikaz iz prvog lica. Odnosno, osoba pokušava shvatiti gdje se nešto nalazi ne općenito (kao što vidimo na pravim kartama), već gdje će se nešto nalaziti u odnosu na njega (kao što je funkcija "prikaz ulice" u Google kartama).
Autori rada koji razmatramo ističu sljedeće: Kognitivne mape okoline kodirane su u formaciji hipokampusa u alocentričnom sustavu, ali su motoričke sposobnosti (sami pokreti) zastupljene u egocentričnom sustavu.
UFO: Enemy Unknown (alocentrični sustav) i DOOM (egocentrični sustav).
Razlika između alocentričnih i egocentričnih sustava slična je razlici između igara iz pogleda trećeg lica (ili pogleda sa strane, pogleda odozgo itd.) i igara iz pogleda iz prvog lica. U prvom slučaju za nas je važna sama okolina, u drugom naš položaj u odnosu na tu okolinu. Stoga se alocentrični navigacijski planovi moraju pretvoriti u egocentrični sustav za stvarnu provedbu, tj. kretanje u prostoru.
Istraživači vjeruju da je to dorsomedijalni strijatum (DMS)* igra ključnu ulogu u gore navedenom procesu.
Strijatum ljudskog mozga.
striatum* - dio mozga koji pripada bazalnim ganglijima; striatum je uključen u regulaciju mišićnog tonusa, unutarnjih organa i reakcija ponašanja; Strijatum se također naziva "striatum" zbog svoje strukture izmjeničnih traka sive i bijele tvari.
DMS pokazuje neuralne reakcije povezane s donošenjem odluka i izvođenjem radnji koje se tiču navigacije u svemiru, pa bi ovu regiju mozga trebalo detaljnije proučiti.
Rezultati istraživanja
Kako bi se utvrdila prisutnost/odsutnost egocentričnih prostornih informacija u striatumu (DMS), 4 mužjaka štakora implantirano je s do 16 tetroda (posebnih elektroda spojenih na željena područja mozga) koje ciljaju na DMS (1a).
Slika #1: Odgovor strijatalnih stanica na granice okoliša u egocentričnom referentnom okviru.
Objašnjenja za sliku br. 1:а — točke položaja tetrode;
b — egocentrična granična karta;
с — alocentrične prostorne karte (4 kvadrata s lijeve strane), bojama označene putanje lokacija vrhova staničnih odgovora u odnosu na položaj tijela i egocentrične karte (4 kvadrata s desne strane) temeljene na odgovoru EBC stanica u različitim orijentacijama i udaljenosti između štakora i zida;
d - kao u 1s, ali za EBC s željenim udaljenostima od životinje;
e - kao u 1s, ali za dva inverzna EBC;
f — raspodjela prosječne rezultirajuće duljine za promatrane ćelije;
g - distribucija prosječne rezultirajuće duljine za EBC koristeći smjer kretanja i smjer glave;
h — distribucija prosječnog odgovora stanica (sve i EBC).
Provedena su 44 eksperimenta u kojima su štakori skupljali nasumično razbacanu hranu u poznatom prostoru (otvorenom, ne u labirintu). Kao rezultat, zabilježeno je 939 stanica. Iz prikupljenih podataka identificirana je 31 stanica smjera glave (HDC), ali samo mali dio stanica, točnije 19, imao je alocentrične prostorne korelate. Štoviše, aktivnost ovih stanica, ograničena perimetrom okoline, opažena je samo tijekom kretanja štakora duž zidova ispitne komore, što sugerira egocentričnu shemu kodiranja granica prostora.
Kako bi se procijenile mogućnosti takve egocentrične reprezentacije na temelju vršne stanične aktivnosti, stvorene su karte egocentričnih granica (1b), koji ilustriraju orijentaciju i udaljenost granica u odnosu na smjer kretanja štakora, a ne položaj njegove glave (usporedba s 1g).
18% snimljenih stanica (171 od 939) pokazalo je značajan odgovor kada je granica komore zauzela određeni položaj i orijentaciju u odnosu na eksperimentalnu (1f). Znanstvenici ih nazivaju egocentrične granične stanice (EBC). egocentrične granične stanice). Broj takvih stanica kod pokusnih ispitanika kretao se od 15 do 70 s prosjekom od 42.75 (1c, 1d).
Među stanicama egocentričnih granica bilo je onih čija se aktivnost smanjila kao odgovor na granice komore. Bilo ih je ukupno 49 i zvali su se inverzni EBC (iEBC). Prosječni odgovor stanica (njihov akcijski potencijal) u EBC i iEBC bio je prilično nizak - 1,26 ± 0,09 Hz (1h).
Stanična populacija EBC-a reagira na sve orijentacije i položaje granice komore u odnosu na testiranog subjekta, ali distribucija preferirane orijentacije je bimodalna s vrhovima smještenim 180° jedan nasuprot drugome s obje strane životinje (-68° i 112°) , malo pomaknut od okomice na uzdužnu os životinje za 22° (2d).
Slika #2: Preferirana orijentacija i udaljenost za odgovor egocentričnih graničnih stanica (EBC).
Objašnjenja za sliku br. 2:a — karte egocentričnih granica za četiri istovremeno ispitana EBC-a s različitim preferiranim orijentacijama naznačenim iznad svakog grafikona;
b - položaj tetroda u skladu sa ćelijama iz 2a (brojevi označavaju broj tetrode);
с — distribucija vjerojatnosti preferiranih orijentacija za sve EBC jednog štakora;
d — distribucija vjerojatnosti preferiranih orijentacija za EBC svih štakora;
е — položaji tetroda za ćelije prikazane u 2f;
f - karte egocentričnih granica za šest istovremeno snimljenih EBC-ova s različitim preferiranim udaljenostima naznačenim iznad svakog grafikona;
g — distribucija vjerojatnosti preferirane udaljenosti za sve EBC jednog štakora;
h — distribucija vjerojatnosti preferirane udaljenosti za EBC svih štakora;
i je polarni dijagram željene udaljenosti i preferirane orijentacije za sve EBC, s veličinom prostora predstavljenom bojom i promjerom točaka.
Distribucija preferirane udaljenosti do granice sadržavala je tri vrha: 6.4, 13.5 i 25.6 cm, što ukazuje na prisutnost tri različite preferirane udaljenosti između EBC-a (2f-2h), što može biti važno za strategiju hijerarhijskog navigacijskog pretraživanja. Veličina EBC receptivnih polja povećala se kao funkcija preferirane udaljenosti (2i), što ukazuje da se točnost egocentričnog prikaza granica povećava sa smanjenjem udaljenosti između zida i eksperimentalnog subjekta.
I preferiranoj orijentaciji i udaljenosti nedostajala je jasna topografija, jer su se subjektovi aktivni EBC-ovi s različitim orijentacijama i udaljenostima u odnosu na zid pojavljivali na istoj tetrodi (2a, 2b, 2e и 2f).
Također je utvrđeno da EBC dosljedno reagiraju na granice prostora (stjenke komore) u bilo kojoj verziji ispitnih komora. Kako bi potvrdili da EBC reagiraju na lokalne granice komore, a ne na distalne značajke, znanstvenici su "rotirali" položaj kamere za 45° i učinili nekoliko zidova crnim, čineći je drugačijom od one korištene u prethodnim testovima.
Podaci su prikupljeni u normalnoj ispitnoj komori iu rotiranoj. Unatoč promjeni u ispitnoj komori, sve preferirane orijentacije i udaljenosti u odnosu na zidove EBC ispitanika su ostale iste.
S obzirom na važnost kutova, također je razmatrana mogućnost da EBC-ovi jedinstveno kodiraju te lokalne ekološke atribute. Izoliranjem razlike između odgovora u blizini uglova i odgovora u blizini sredine zida, identificirali smo podskup EBC stanica (n = 16; 9,4%) koje pokazuju povećani odgovor na uglove.
Dakle, možemo donijeti međuzaključak da su EBC stanice te koje dobro reagiraju na perimetar komore, odnosno na stijenke ispitne komore i njezine kutove.
Zatim su znanstvenici testirali je li odgovor EBC stanica na otvoreni prostor (testna arena bez labirinta, tj. samo 4 zida) isti za različite verzije područja testne sobe. Izvedena su 3 puta, od kojih se u svakom duljina zidova razlikovala od prethodnih za 50 cm.
Bez obzira na veličinu ispitne komore, EBC su reagirali na njezine granice na istoj udaljenosti i orijentaciji u odnosu na ispitanika. To ukazuje da odgovor nije u skladu s veličinom okoliša.
Slika #3: Stabilan odgovor EBC stanica na prostorne granice.
Objašnjenja za sliku br. 3:а — egocentrične EBC karte u normalnim uvjetima (lijevo) i kada je ispitna komora zarotirana za 45° (desno);
b — egocentrične EBC karte za kameru dimenzija 1.25 x 1.25 m (lijevo) i za uvećanu kameru 1.75 x 1.75 m (desno);
с — egocentrične EBC karte s pravilnim crnim zidovima komore (lijevo) i s uzorkovanim zidovima (desno);
d-f — grafikoni preferirane udaljenosti (gore) i promjena preferirane orijentacije u odnosu na osnovnu liniju (dolje).
Budući da striatum prima informacije o okolini iz nekoliko područja vidnog korteksa mozga, znanstvenici su također testirali utječe li izgled zidova (3s) komore na odgovor EBC stanica.
Promjena izgleda granica prostora nije utjecala na reakciju EBC stanica niti na udaljenost i orijentaciju potrebnu za reakciju u odnosu na pokusnog subjekta.
Slika #4: Dosljednost odgovora EBC stanica bez obzira na okoliš.
Objašnjenja za sliku br. 4:а — egocentrične karte za EBC u poznatim (lijevo) i novim (desno) okruženjima;
b — egocentrične karte za EBC, dobivene u istom okruženju, ali s vremenskim intervalom;
с — grafikone željene udaljenosti (gore) i promjena preferirane orijentacije u odnosu na osnovnu liniju (dno) za nova (nepoznata) okruženja;
d — grafikoni željene udaljenosti (gore) i promjena preferirane orijentacije u odnosu na osnovnu liniju (dno) za prethodno proučena (poznata) okruženja.
Također je utvrđeno da se odgovor EBC stanica, kao i potrebna orijentacija i udaljenost u odnosu na pokusnog subjekta, ne mijenjaju tijekom vremena.
Međutim, ovo "tempirano" ispitivanje provedeno je u istoj ispitnoj komori. Također je bilo potrebno provjeriti koja je razlika između odgovora EBC-a na poznate uvjete i na nove. Da bi se to postiglo, provedeno je nekoliko ciklusa kada su štakori proučavali komoru koju su već poznavali iz prethodnih testova, a zatim nove komore s otvorenim prostorom.
Kao što ste možda pogodili, odgovor EBC stanica + željena orijentacija/udaljenost ostali su nepromijenjeni u novim komorama (4a, 4c).
Dakle, EBC odziv daje stabilan prikaz granica okoline u odnosu na ispitanika u svim vrstama te okoline, bez obzira na izgled zidova, površinu ispitne komore, njeno kretanje i vrijeme predmet proveo u komori.
Za detaljnije upoznavanje s nijansama studije, preporučujem da pogledate и njemu.
Epilog
Ovim radom znanstvenici su uspjeli u praksi potvrditi teoriju o egocentričnoj predstavi okoline, koja je iznimno važna za orijentaciju u prostoru. Pokazali su da između alocentrične prostorne reprezentacije i stvarne akcije postoji posredni proces koji uključuje određene stanice u strijatumu, zvane egocentrične granične stanice (EBC). Također je utvrđeno da su EBC više povezani s kontrolom pokreta cijelog tijela, a ne samo glave ispitanika.
Ovo istraživanje imalo je za cilj utvrditi cjelokupni mehanizam orijentacije u prostoru, sve njegove sastavnice i varijable. Ovaj će rad, prema znanstvenicima, dodatno pomoći u poboljšanju navigacijskih tehnologija za autonomne automobile i za robote koji će moći razumjeti prostor oko sebe, baš kao i mi. Istraživači su iznimno zadovoljni rezultatima svog rada, što daje razlog za nastavak proučavanja odnosa između pojedinih područja mozga i načina na koji se odvija navigacija u prostoru.
Hvala na čitanju, ostanite znatiželjni i želim vam ugodan tjedan! 🙂
Hvala što ste ostali s nama. Sviđaju li vam se naši članci? Želite li vidjeti više zanimljivog sadržaja? Podržite nas narudžbom ili preporukom prijateljima, 30% popusta za korisnike Habra na jedinstveni analog početnih poslužitelja, koji smo izmislili za vas: (dostupno s RAID1 i RAID10, do 24 jezgre i do 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 puta jeftiniji? Samo ovdje u Nizozemskoj! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 Ghz 6C 128 GB DDR3 2x960 GB SSD 1 Gbps 100 TB - od 99 USD! Pročitaj o
Izvor: www.habr.com