Շարժումը կյանք է: Այս արտահայտությունը կարելի է մեկնաբանել և՛ որպես առաջ շարժվելու, տեղում չկանգնելու և ձեր ուզածին հասնելու դրդապատճառ, և՛ որպես փաստ այն բանի, որ գրեթե բոլոր կենդանի էակները իրենց կյանքի մեծ մասն անցկացնում են շարժման մեջ։ Ապահովելու համար, որ տարածության մեջ մեր շարժումներն ու շարժումները ամեն անգամ չավարտվեն մեր ճակատների բախումներով և կոտրված փոքրիկ մատներով, մեր ուղեղն օգտագործում է շրջակա միջավայրի պահպանված «քարտեզները», որոնք անգիտակցաբար առաջանում են մեր շարժման պահին: Սակայն կարծիք կա, որ ուղեղն օգտագործում է այդ քարտեզները ոչ թե դրսից, այսպես ասած, այլ մարդուն այս քարտեզի վրա դնելով և տվյալներ հավաքելով առաջին դեմքի հայացքից։ Բոստոնի համալսարանի գիտնականները որոշել են ապացուցել այս տեսությունը՝ մի շարք գործնական փորձեր կատարելով լաբորատոր առնետների հետ։ Ինչպե՞ս է ուղեղը իրականում նավարկում տիեզերքում, ինչ բջիջներ են ներգրավված, և ի՞նչ դեր է խաղում այս հետազոտությունը ինքնավար մեքենաների և ռոբոտների ապագայի համար: Այս մասին տեղեկանում ենք հետազոտական խմբի զեկույցից։ Գնա։
Հետազոտության հիմքը
Այսպիսով, տարիներ առաջ հաստատված փաստն այն է, որ տիեզերքում կողմնորոշվելու համար պատասխանատու ուղեղի հիմնական մասը հիպոկամպն է:
Հիպոկամպը ներգրավված է մի շարք գործընթացներում՝ հույզերի ձևավորում, կարճաժամկետ հիշողության վերածում երկարաժամկետ հիշողության և տարածական հիշողության ձևավորում: Հենց վերջինն է հենց այն «քարտեզների» աղբյուրը, որոնք մեր ուղեղը կանչում է ճիշտ պահին՝ տիեզերքում ավելի արդյունավետ կողմնորոշվելու համար: Այլ կերպ ասած, հիպոկամպը պահպանում է տարածության եռաչափ նյարդային մոդելները, որի ներսում գտնվում է ուղեղի տերը:
Հիպոկամպուս
Կա մի տեսություն, որն ասում է, որ իրական նավարկության և հիպոկամպուսից եկող քարտեզների միջև կա միջանկյալ քայլ՝ այս քարտեզները վերածել առաջին դեմքի տեսքի: Այսինքն, մարդը փորձում է հասկանալ, թե որտեղ է գտնվում ինչ-որ բան ոչ թե ընդհանուր առմամբ (ինչպես տեսնում ենք իրական քարտեզներում), այլ որտեղ ինչ-որ բան կգտնվի իր համեմատ (ինչպես «փողոցային դիտում» գործառույթը Google Քարտեզներում):
Մեր դիտարկած աշխատության հեղինակները շեշտում են հետևյալը. շրջակա միջավայրի ճանաչողական քարտեզները կոդավորված են հիպոկամպային ձևավորման մեջ ալոցենտրիկ համակարգում, իսկ շարժիչ հմտությունները (իրենց շարժումները) ներկայացված են եսակենտրոն համակարգում։
ՉԹՕ՝ անհայտ թշնամի (ալոցենտրիկ համակարգ) և DOOM (էգոցենտրիկ համակարգ):
Ալոցենտրիկ և էգոցենտրիկ համակարգերի միջև տարբերությունը նման է խաղերի տարբերությանը երրորդ անձի տեսանկյունից (կամ կողային տեսքից, վերևից և այլն) և խաղերի միջև առաջին դեմքի տեսանկյունից: Առաջին դեպքում մեզ համար կարևոր է հենց միջավայրը, երկրորդում՝ մեր դիրքը այս միջավայրի նկատմամբ։ Այսպիսով, ալոցենտրիկ նավիգացիոն պլանները պետք է վերածվեն եսակենտրոն համակարգի՝ փաստացի իրականացման համար, այսինքն. շարժում տարածության մեջ.
Հետազոտողները կարծում են, որ դա դորսոմոդիալ է striatum (DMS)* կենսական դեր է խաղում վերը նշված գործընթացում:
Մարդու ուղեղի շերտավոր հատվածը.
Ստրիատում* - ուղեղի մի մասը, որը պատկանում է բազալային գանգլիային; striatum-ը մասնակցում է մկանային տոնուսի, ներքին օրգանների և վարքային ռեակցիաների կարգավորմանը. Շերտավոր հատվածը կոչվում է նաև «striatum»՝ մոխրագույն և սպիտակ նյութի փոփոխվող շերտերի կառուցվածքի պատճառով։
DMS-ը ցույց է տալիս նյարդային պատասխանները՝ կապված տիեզերքում նավարկության հետ կապված որոշումներ կայացնելու և գործողություններ կատարելու հետ, ուստի ուղեղի այս հատվածը պետք է ավելի մանրամասն ուսումնասիրվի:
Ուսումնասիրության արդյունքները
Էգոցենտրիկ տարածական տեղեկատվության առկայությունը/բացակայությունը ստրիատումում (DMS) որոշելու համար 4 արու առնետի տեղադրվել է մինչև 16 տետրոդ (ուղեղի ցանկալի հատվածներին միացված հատուկ էլեկտրոդներ)՝ ուղղված DMS-ին (1a).
Պատկեր թիվ 1. Շերտավոր բջիջների արձագանքը շրջակա միջավայրի սահմաններին էգոցենտրիկ հղման համակարգում:
Բացատրություններ թիվ 1 պատկերի համար.а — տետրոդի տեղակայման կետեր;
b - եսակենտրոն սահմանային քարտեզ;
с - ալոցենտրիկ տարածական քարտեզներ (ձախ կողմում 4 քառակուսի), բջիջների արձագանքման գագաթների տեղակայման վայրերի գունավոր կոդավորված հետագծեր՝ մարմնի դիրքի համեմատ, և եսակենտրոն քարտեզներ (4 քառակուսի աջ կողմում)՝ հիմնված EBC բջիջների արձագանքի վրա տարբեր կողմնորոշումների և առնետի և պատի միջև հեռավորությունը;
d - ինչպես մեջ 1-ական թթ, բայց EBC-ի համար կենդանուց նախընտրելի հեռավորություններով;
e - ինչպես մեջ 1-ական թթ, բայց երկու հակադարձ EBC-ների համար;
f — դիտվող բջիջների համար ստացված միջին երկարության բաշխումը.
g - ստացված միջին երկարության բաշխումը EBC-ի համար՝ օգտագործելով շարժման ուղղությունը և գլխի ուղղությունը.
h — բջիջների միջին արձագանքի բաշխումը (բոլորը և EBC):
Կատարվել է 44 փորձ, որոնցում առնետները պատահականորեն ցրված սնունդ են հավաքել ծանոթ տարածքում (բաց, ոչ լաբիրինթոսում): Արդյունքում արձանագրվել է 939 բջիջ։ Հավաքագրված տվյալների հիման վրա հայտնաբերվել են գլխի ուղղության 31 բջիջ (HDC), բայց բջիջների միայն մի փոքր մասը, ավելի ճիշտ՝ 19-ը, ուներ ալոցենտրիկ տարածական փոխկապակցվածություն: Ավելին, շրջակա միջավայրի պարագծով սահմանափակված այս բջիջների ակտիվությունը դիտվել է միայն թեստային խցիկի պատերի երկայնքով առնետի շարժման ժամանակ, ինչը առաջարկում է տարածության սահմանների կոդավորման էգոցենտրիկ սխեմա։
Նման էգոցենտրիկ ներկայացման հնարավորությունները գնահատելու համար՝ հիմնված բջջի առավելագույն ակտիվության վրա, ստեղծվել են եսակենտրոն սահմանային քարտեզներ (1b), որոնք ցույց են տալիս սահմանների կողմնորոշումը և հեռավորությունը առնետի շարժման ուղղության նկատմամբ, այլ ոչ թե նրա գլխի դիրքի (համեմատություն՝ 1g).
Արձանագրված բջիջների 18%-ը (171-ից 939-ը) զգալի արձագանք է ցույց տվել, երբ խցիկի սահմանը զբաղեցրել է որոշակի դիրք և կողմնորոշում փորձարարականի նկատմամբ (1f) Գիտնականները դրանք անվանում են էգոցենտրիկ սահմանային բջիջներ (EBCs): եսակենտրոն սահմանային բջիջներ) Նման բջիջների թիվը փորձարկվող առարկաներում տատանվում էր 15-ից 70-ի միջակայքում՝ միջինը 42.75 (1c, 1d).
Էգոցենտրիկ սահմանների բջիջներից կային այնպիսիք, որոնց ակտիվությունը նվազեց՝ ի պատասխան պալատի սահմանների։ Դրանք ընդհանուր առմամբ 49-ն էին և կոչվում էին հակադարձ EBC (iEBC): Բջջի միջին արձագանքը (դրանց գործողության ներուժը) EBC-ում և iEBC-ում բավականին ցածր էր՝ 1,26 ± 0,09 Հց (1h).
EBC բջիջների պոպուլյացիան արձագանքում է խցիկի սահմանի բոլոր կողմնորոշումներին և դիրքերին՝ համեմատած փորձարկվողի հետ, սակայն նախընտրելի կողմնորոշման բաշխվածությունը երկիմոդալ է՝ գագաթներով, որոնք գտնվում են կենդանու երկու կողմերում միմյանց հակառակ 180°-ով (-68° և 112°): կենդանու երկար առանցքի ուղղահայացից մի փոքր շեղվելով 22°-ով (2d).
Պատկեր #2. Նախընտրելի կողմնորոշում և հեռավորություն էգոցենտրիկ սահմանային բջիջների (EBCs) արձագանքման համար:
Բացատրություններ թիվ 2 պատկերի համար.a — էգոցենտրիկ սահմանային քարտեզներ չորս միաժամանակ ուսումնասիրված EBC-ների համար՝ յուրաքանչյուր գրաֆիկի վերևում նշված տարբեր նախընտրելի կողմնորոշումներով.
b - տետրոդների դիրքը ըստ բջիջների 2a (թվերը ցույց են տալիս tetrode համարը);
с - նախընտրելի կողմնորոշումների հավանականության բաշխում մեկ առնետի բոլոր EBC-ների համար.
d - բոլոր առնետների EBC-ի համար նախընտրելի կողմնորոշումների հավանականության բաշխում.
е — տետրոդի դիրքերը բջիջների համար, որոնք ցույց են տրված 2f;
f - էգոցենտրիկ սահմանային քարտեզներ վեց միաժամանակ գրանցված EBC-ների համար՝ յուրաքանչյուր գրաֆիկի վերևում նշված տարբեր նախընտրելի հեռավորություններով;
g - նախընտրելի հեռավորության հավանականության բաշխում մեկ առնետի բոլոր EBC-ների համար.
h - բոլոր առնետների EBC-ի համար նախընտրելի հեռավորության հավանականության բաշխումը.
i Բոլոր EBC-ների համար նախընտրելի հեռավորության և նախընտրելի կողմնորոշման բևեռային գծապատկեր է, որտեղ տարածության չափը ներկայացված է կետերի գույնով և տրամագծով:
Նախընտրելի հեռավորության բաշխումը մինչև սահմանը պարունակում էր երեք գագաթներ՝ 6.4, 13.5 և 25.6 սմ, ինչը ցույց է տալիս EBC-ների միջև երեք տարբեր նախընտրելի հեռավորությունների առկայությունը (2f-2h), որը կարող է կարևոր լինել հիերարխիկ նավիգացիոն որոնման ռազմավարության համար: EBC ընկալիչ դաշտերի չափը մեծացել է՝ կախված նախընտրելի հեռավորությունից (2i), ինչը ցույց է տալիս, որ սահմանների եսակենտրոն ներկայացման ճշգրտությունը մեծանում է պատի և փորձարարական առարկայի միջև հեռավորության նվազման հետ:
Ե՛վ նախընտրած կողմնորոշումը, և՛ հեռավորությունը չունեին հստակ տեղագրություն, քանի որ առարկայի ակտիվ EBC-ները՝ տարբեր կողմնորոշումներով և պատի նկատմամբ տարբեր հեռավորություններով, հայտնվում էին նույն տետրոդի վրա (2a, 2b, 2e и 2f).
Պարզվել է նաև, որ EBC-ները հետևողականորեն արձագանքում են տարածության սահմաններին (պալատի պատերը) փորձարկման խցիկների ցանկացած տարբերակում: Հաստատելու համար, որ EBC-ները արձագանքում են խցիկի տեղական սահմաններին, այլ ոչ թե դրա հեռավոր հատկանիշներին, գիտնականները «պտտեցին» տեսախցիկի դիրքը 45°-ով և մի քանի պատեր դարձրեցին սև՝ այն տարբերելով նախորդ թեստերում օգտագործված պատերից:
Տվյալները հավաքագրվել են ինչպես սովորական փորձարկման խցիկում, այնպես էլ պտտվող: Չնայած փորձարկման պալատի փոփոխությանը, բոլոր նախընտրելի կողմնորոշումները և հեռավորությունները EBC թեստավորման առարկաների պատերին մնացին նույնը:
Հաշվի առնելով անկյունների կարևորությունը, դիտարկվեց նաև հնարավորությունը, որ EBC-ները եզակի կերպով կոդավորեն այս տեղական բնապահպանական հատկանիշները: Մեկուսացնելով անկյունների մոտ արձագանքի և պատի կեսին մոտ արձագանքի միջև եղած տարբերությունը, մենք հայտնաբերեցինք EBC բջիջների ենթախումբ (n = 16; 9,4%), որոնք ցույց են տալիս անկյունների նկատմամբ ավելի մեծ արձագանք:
Այսպիսով, մենք կարող ենք միջանկյալ եզրակացություն անել, որ դա EBC բջիջներն են, որոնք լավ են արձագանքում խցիկի պարագծին, այսինքն ՝ փորձարկման խցիկի պատերին և նրա անկյուններին:
Այնուհետև գիտնականները ստուգեցին, թե արդյոք EBC բջիջների արձագանքը բաց տարածությանը (փորձարկման ասպարեզ առանց լաբիրինթոսի, այսինքն՝ ընդամենը 4 պատի) նույնն է թեստային սենյակի տարածքի տարբեր տարբերակների համար: Կատարվել է 3 վազք, որոնցից յուրաքանչյուրում պատերի երկարությունը նախորդներից տարբերվել է 50 սմ-ով։
Անկախ փորձարկման խցիկի չափից, EBC-ները արձագանքում էին դրա սահմաններին նույն հեռավորության վրա և նույն կողմնորոշմամբ՝ կապված թեստավորման առարկայի հետ: Սա ցույց է տալիս, որ արձագանքը չի չափվում շրջակա միջավայրի չափով:
Պատկեր #3. EBC բջիջների կայուն արձագանքը տարածական սահմաններին:
Բացատրություններ թիվ 3 պատկերի համար.а — էգոցենտրիկ EBC քարտեզներ նորմալ պայմաններում (ձախ) և երբ փորձարկման խցիկը պտտվել է 45°-ով (աջ);
b — էգոցենտրիկ EBC քարտեզներ 1.25 x 1.25 մ (ձախ) և 1.75 x 1.75 մ (աջ) մեծացված տեսախցիկի համար։
с — եսակենտրոն EBC քարտեզներ կանոնավոր սև խցիկի պատերով (ձախ) և նախշավոր պատերով (աջ);
d-f - Նախընտրելի հեռավորության գրաֆիկները (վերևում) և նախընտրելի կողմնորոշման փոփոխությունները բազային (ներքևի) համեմատ:
Քանի որ striatum-ը շրջակա միջավայրի մասին տեղեկատվություն է ստանում ուղեղի տեսողական ծառի կեղևի մի քանի հատվածներից, գիտնականները նաև ստուգել են, թե արդյոք պատերի տեսքը ազդում է (3-ական թթ) խցիկներ EBC բջիջների արձագանքի վրա:
Տիեզերքի սահմանների տեսքի փոփոխությունը ոչ մի ազդեցություն չի ունեցել EBC բջիջների ռեակցիայի վրա կամ փորձարարական առարկայի նկատմամբ ռեակցիայի համար անհրաժեշտ հեռավորության և կողմնորոշման վրա:
Պատկեր #4. EBC բջիջների արձագանքի հետևողականությունը՝ անկախ շրջակա միջավայրից:
Բացատրություններ թիվ 4 պատկերի համար.а — Էգոցենտրիկ քարտեզներ EBC-ի համար ծանոթ (ձախ) և նոր (աջ) միջավայրերում.
b — EBC-ի էգոցենտրիկ քարտեզներ, որոնք ստացվել են նույն միջավայրում, բայց ժամանակային ընդմիջումով.
с - նախընտրելի հեռավորության (վերևի) գրաֆիկները և նախընտրելի կողմնորոշման փոփոխությունները բազային (ներքևի) համեմատ նոր (անծանոթ) միջավայրերի համար.
d - նախընտրելի հեռավորության (վերևի) գրաֆիկները և նախընտրելի կողմնորոշման փոփոխությունները բազային (ներքևի) համեմատ նախկինում ուսումնասիրված (ծանոթ) միջավայրերի համար:
Պարզվել է նաև, որ EBC բջիջների արձագանքը, ինչպես նաև անհրաժեշտ կողմնորոշումն ու հեռավորությունը փորձարկվող առարկայի նկատմամբ, ժամանակի ընթացքում չեն փոխվում:
Սակայն այս «ժամկետային» փորձարկումն իրականացվել է նույն փորձարկման պալատում։ Անհրաժեշտ էր նաև ստուգել, թե ինչ տարբերություն կա EBC արձագանքի միջև հայտնի պայմաններին և նորերին: Դրա համար մի քանի վազք կատարվեց, երբ առնետներն ուսումնասիրեցին մի խցիկ, որը նրանք արդեն գիտեին նախորդ փորձարկումներից, իսկ հետո նոր խցիկներ՝ բաց տարածությամբ:
Ինչպես կռահեցիք, EBC բջիջի արձագանքը + ցանկալի կողմնորոշումը/հեռավորությունը մնաց անփոփոխ նոր խցիկում (4a, 4c).
Այսպիսով, EBC արձագանքը ապահովում է շրջակա միջավայրի սահմանների կայուն ներկայացում փորձարկվողի նկատմամբ այդ միջավայրի բոլոր տեսակներում, անկախ պատերի տեսքից, փորձարկման խցիկի տարածքից, դրա շարժից և ժամանակից: պալատում անցկացրած առարկան.
Ուսումնասիրության նրբություններին ավելի մանրամասն ծանոթանալու համար խորհուրդ եմ տալիս նայել и նրան.
Վերջաբան
Այս աշխատանքում գիտնականները կարողացան գործնականում հաստատել շրջակա միջավայրի էգոցենտրիկ ներկայացման տեսությունը, որը չափազանց կարևոր է տարածության մեջ կողմնորոշվելու համար։ Նրանք ցույց տվեցին, որ ալոցենտրիկ տարածական ներկայացման և իրական գործողության միջև կա միջանկյալ գործընթաց, որը ներառում է ստրիատի որոշ բջիջներ, որոնք կոչվում են էգոցենտրիկ սահմանային բջիջներ (EBC): Պարզվել է նաև, որ EBC-ները ավելի շատ կապված են ամբողջ մարմնի շարժումը վերահսկելու հետ, և ոչ միայն թեստավորման առարկաների գլխի հետ:
Այս ուսումնասիրությունը նպատակ ուներ պարզել տարածության մեջ կողմնորոշման ամբողջական մեխանիզմը, դրա բոլոր բաղադրիչներն ու փոփոխականները: Այս աշխատանքը, ըստ գիտնականների, հետագայում կօգնի բարելավել նավիգացիոն տեխնոլոգիաները ինքնավար մեքենաների և ռոբոտների համար, որոնք կկարողանան հասկանալ նրանց շրջապատող տարածությունը, ինչպես մենք: Հետազոտողները չափազանց գոհ են իրենց աշխատանքի արդյունքներից, որոնք հիմք են տալիս շարունակելու ուսումնասիրել ուղեղի որոշակի հատվածների փոխհարաբերությունները և ինչպես է իրականացվում նավիգացիան տիեզերքում:
Շնորհակալություն կարդալու համար, մնացեք հետաքրքրասեր և լավ շաբաթ ունեցեք տղաներ: 🙂
Շնորհակալություն մեզ հետ մնալու համար: Ձեզ դուր են գալիս մեր հոդվածները: Ցանկանու՞մ եք տեսնել ավելի հետաքրքիր բովանդակություն: Աջակցեք մեզ՝ պատվիրելով կամ խորհուրդ տալով ընկերներին, 30% զեղչ Habr-ի օգտատերերի համար մուտքի մակարդակի սերվերների եզակի անալոգի վրա, որը ստեղծվել է մեր կողմից ձեզ համար. (հասանելի է RAID1 և RAID10-ով, մինչև 24 միջուկով և մինչև 40 ԳԲ DDR4):
Dell R730xd 2 անգամ ավելի էժան? Միայն այստեղ Նիդեռլանդներում! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - $99-ից: Կարդացեք մասին
Source: www.habr.com