Hreyfing er lífið. Þessa setningu má bæði túlka sem hvatningu til að halda áfram, ekki að standa kyrr og ná því sem þú vilt, og sem yfirlýsingu um þá staðreynd að nánast allar lifandi verur eru á hreyfingu mestan hluta ævinnar. Til að tryggja að hreyfingar okkar og hreyfingar í geimnum endi ekki með höggum á enninu og brotnum litlum fingrum á fótum í hvert skipti, notar heilinn vistuð „kort“ af umhverfinu sem skjóta ómeðvitað upp kollinum á hreyfingu okkar. . Hins vegar er sú skoðun að heilinn noti þessi spil ekki utan frá, ef svo má segja, heldur með því að setja mann á þetta kort og safna gögnum þegar þau eru skoðuð frá fyrstu persónu. Vísindamenn frá Boston háskólanum ákváðu að sanna þessa kenningu með því að gera röð hagnýtra tilrauna með rannsóknarstofurottum. Hvernig ratar heilinn í raun og veru í geimnum, hvaða frumur eiga hlut að máli og hvaða hlutverki gegna þessar rannsóknir fyrir framtíð sjálfstýrðra bíla og vélmenna? Við lærum um þetta af skýrslu rannsóknarhópsins. Farðu.
Rannsóknargrundvöllur
Svo, staðreyndin sem var staðfest fyrir mörgum árum er sú að meginhluti heilans sem ber ábyrgð á stefnumörkun í geimnum er hippocampus.
Hippocampus tekur þátt í ýmsum ferlum: myndun tilfinninga, umbreytingu skammtímaminni í langtímaminni og myndun staðminnis. Það er hið síðarnefnda sem er uppspretta „kortanna“ sem heilinn okkar kallar á réttu augnablikinu fyrir skilvirkari stefnumörkun í geimnum. Með öðrum orðum, hippocampus geymir þrívíddar taugalíkön af rýminu sem eigandi heilans er í.
Hippocampus
Það er kenning sem segir að það sé millistig á milli raunverulegrar siglingar og korta frá hippocampus - umbreytingu þessara korta í fyrstu persónu skoðun. Það er, manneskja er að reyna að skilja hvar eitthvað er alls ekki staðsett (eins og við sjáum á raunverulegum kortum), heldur hvar eitthvað verður staðsett miðað við hann (eins og „götusýn“ aðgerðin í Google kortum).
Höfundar verksins sem við erum að íhuga leggja áherslu á eftirfarandi: Vitsmunaleg kort af umhverfinu eru kóðuð í hippocampus myndun í allocentric kerfinu, en hreyfifærni (hreyfingarnar sjálfar) eru táknaðar í egocentric kerfinu.
UFO: Enemy Unknown (allósentrískt kerfi) og DOOM (egosentrískt kerfi).
Munurinn á allocentric og egocentric kerfum er eins og munurinn á þriðju persónu leikjum (eða hliðarsýn, ofansýn osfrv.) og fyrstu persónu leikjum. Í fyrra tilvikinu er umhverfið sjálft okkur mikilvægt, í öðru tilvikinu gagnvart þessu umhverfi. Þannig þarf að breyta allocentric siglingaáætlunum í sjálfhverft kerfi til raunverulegrar framkvæmdar, þ.e. hreyfing í geimnum.
Vísindamenn telja að það sé dorsomedial striatum (DMS)* gegnir mikilvægu hlutverki í ofangreindu ferli.
Rönd mannsheilans.
Striatum* - hluti af heilanum sem tilheyrir basal ganglia; striatum tekur þátt í stjórnun á vöðvaspennu, innri líffærum og hegðunarviðbrögðum; Ströndin er einnig kölluð "striatum" vegna uppbyggingar þess af gráu og hvítu efni til skiptis.
DMS sýnir taugaviðbrögð sem tengjast ákvarðanatöku og aðgerðum í tengslum við staðbundna leiðsögn, þannig að þetta svæði heilans ætti að rannsaka nánar.
Niðurstöður rannsókna
Til þess að ákvarða tilvist/fjarveru sjálfmiðlægra staðbundinna upplýsinga í striatum (DMS), voru 4 karlkyns rottur græddar með allt að 16 tetrodes (sérstök rafskaut tengd við æskileg svæði heilans) sem miða að DMS (1).
Mynd #1: Striatal frumuviðbrögð við umhverfismörkum í sjálfhverfum viðmiðunarramma.
Skýringar á mynd #1:а - staðsetningar tetrodes;
b - sjálfhverft kort af mörkum;
с — ómiðlæg staðbundin kort (4 reitir til vinstri), litakóða brautarteikningar á toppstöðum frumnasvörunar miðað við líkamsstöðu og sjálfhverf kort (4 reitir hægra megin) sem byggjast á svörun EBC frumna í mismunandi stefnu og fjarlægðum milli rottan og veggurinn;
d - sonur 1, en fyrir EBC með æskilegri fjarlægð frá dýrinu;
e - sonur 1, en fyrir tvo andhverfa EBC;
f — dreifingu meðallengdar sem myndast fyrir frumurnar sem mælst hafa;
g - dreifingu meðallengdar sem myndast fyrir EBC með því að nota hreyfistefnu og stefnu höfuðsins;
h — dreifingu meðalsvörunar frumna (heildarsvörun og EBC).
Fjörutíu og fjórar tilraunir voru gerðar þegar rottur söfnuðu tilviljunarkenndum dreifðum mat í rými sem þær þekkja (opið, ekki í völundarhúsi). Fyrir vikið voru 44 frumur skráðar. Út frá söfnuðu gögnunum var tilvist 939 höfuðstefnufrumu (HDC) staðfest, hins vegar var aðeins lítill hluti frumanna, og nánar tiltekið 31, með ómiðlæga staðbundna fylgni. Á sama tíma sást virkni þessara frumna, takmörkuð af jaðri umhverfisins, aðeins við hreyfingu rottunnar meðfram veggjum prófunarhólfsins, sem bendir til sjálfhverfs kerfis til að kóða mörk geimsins.
Til að meta möguleika slíkrar sjálfhverfrar framsetningar, byggðar á vísbendingum um hámarksvirkni frumna, voru sjálfhverf markakort búin til (1b), sem sýna stefnu og fjarlægð landamæranna miðað við hreyfistefnu rottunnar, en ekki stöðu höfuðs hennar (samanburður við 1g).
18% af föngnum frumum (171 af 939) sýndu marktæka svörun þegar hólfamörkin tóku ákveðna stöðu og stefnu miðað við viðfangsefnið (1f). Vísindamenn kölluðu þær egocentric boundary cells (EBC). sjálfhverfur jaðarfrumur). Fjöldi slíkra frumna í tilraunaþáttunum var á bilinu 15 til 70 með að meðaltali 42.75 (1c, 1d).
Meðal frumna sjálfhverfu landamæranna voru þær sem minnkaði virkni þeirra til að bregðast við mörkum hólfsins. Alls voru þeir 49 og voru þeir kallaðir andhverfa EBC (iEBC). Meðalstuðull frumusvörunar (virknimöguleika þeirra) í EBC og iEBC var frekar lágur - 1,26 ± 0,09 Hz (1h).
EBC frumustofninn bregst við öllum stefnum og afstöðu hólfamarkanna miðað við viðfangsefnið, en dreifing æskilegrar stefnu er tvímóta með toppa staðsettir 180° á móti hvor öðrum hvorum megin dýrsins (-68° og 112°), vera örlítið frá hornrétt á langás dýrsins um 22° (2d).
Mynd #2: Æskileg stefnumörkun og bil fyrir egocentric boundary cell (EBC) svörun.
Skýringar á mynd #2:a - sjálfhverf markakort fyrir fjögur samtímis rannsökuð EBC með mismunandi ákjósanlegar stefnur tilgreindar fyrir ofan hvert línurit;
b - staðsetning tetrodes í samræmi við frumur frá 2 (tölurnar gefa til kynna tetrode númerið);
с — líkindadreifingu valinna stefna fyrir öll EBC-efni einnar rottu;
d — líkindadreifingu æskilegrar stefnu fyrir EBC allra rotta;
е - staðsetning tetrodes fyrir frumurnar sem sýndar eru í 2f;
f — sjálfhverf markakort fyrir sex samtímis skráðar EBC með mismunandi valinni fjarlægð tilgreind fyrir ofan hverja lóð;
g er líkindadreifing ákjósanlegrar fjarlægðar fyrir allar EBCs einnar rottu;
h er líkindadreifing æskilegrar fjarlægðar fyrir EBC allra rotta;
i - Skautslóð af æskilegri fjarlægð og æskilegri stefnu fyrir alla EBC með rúmstærð táknað með lit og þvermál punkta.
Dreifing ákjósanlegrar fjarlægðar að mörkum innihélt þrjá toppa: 6.4, 13.5 og 25.6 cm, sem gefur til kynna að þrjár mismunandi ákjósanlegar fjarlægðir séu á milli EBCs (2f-2h) sem gæti verið mikilvægt fyrir stigveldisleitarstefnu. Stærð EBC móttækilegra sviða jókst með æskilegri fjarlægð (2i), sem gefur til kynna aukna nákvæmni á sjálfhverfu framsetningu landamæra eftir því sem fjarlægðin milli veggsins og myndefnisins minnkar.
Það var engin skýr staðfræði bæði í valinni stefnu og fjarlægð, þar sem virkir EBCs viðfangsefnisins með mismunandi stefnu og fjarlægð frá vegg birtust á sama tetrode (2a, 2b, 2e и 2f).
Það kom einnig í ljós að EBC bregst stöðugt við mörkum rýmis (klefaveggi) í hvaða prófunarhólfum sem er. Til að staðfesta að EBCs séu að bregðast við staðbundnum mörkum hólfsins frekar en fjarlægum eiginleikum þess, „snúuðu“ vísindamennirnir stöðu myndavélarinnar um 45° og gerðu nokkra veggi svarta, sem gerir hana ólíka þeim sem notaðir voru í fyrri prófunum.
Gögnum var safnað bæði í hefðbundnu prófunarhólfi og í snúningsklefa. Þrátt fyrir breytinguna á prófunarklefanum voru allar ákjósanlegar stefnur og fjarlægðir miðað við veggi EBC próftakanna óbreyttir.
Með hliðsjón af mikilvægi sjónarhorna var möguleikinn á því að EBCs kóða þessa staðbundnu umhverfiseiginleika einstaklega. Með því að einangra muninn á svörun nálægt hornum og svörun nálægt miðjum veggnum var greint frá undirmengi EBC frumna (n = 16; 9,4%) sem sýna aukna svörun við hornum.
Þannig getum við dregið milliályktun um að það séu EBC frumurnar sem bregðast fullkomlega við jaðri hólfsins, það er að segja veggjum prófunarhólfsins og hornum þess.
Því næst prófuðu vísindamennirnir hvort svörun EBC frumna við opnu rými (prófunarvettvangur án völundarhúss, þ.e.a.s. aðeins 4 veggir) sé sú sama fyrir mismunandi stærðir prófunarherbergja. Farið var í þrjár heimsóknir og í hverri þeirra var lengd veggja 3 cm frábrugðin þeim fyrri.
Óháð stærð prófunarhólfsins brást EBC við mörkum þess í sömu fjarlægð og sömu stefnu miðað við prófefnið. Þetta gefur til kynna að svörunin mælist ekki með stærð umhverfisins.
Mynd #3: stöðug svörun EBC frumna við geimmörkum.
Skýringar á mynd #3:а — sjálfhverf EBC kort við venjulegar aðstæður (vinstri) og þegar prófunarhólfinu var snúið um 45° (hægri);
b — sjálfhverf EBC kort fyrir hólf sem er 1.25 x 1.25 m (vinstri) og fyrir stækkað hólf 1.75 x 1.75 m (hægri);
с — sjálfhverf EBC kort með venjulegum svörtum hólfaveggjum (vinstri) og með mynstraða veggi (hægri);
d-f - línurit af valinni fjarlægð (efst) og breytingar á valinni stefnu miðað við grunnlínu (neðst).
Þar sem striatum fær upplýsingar um umhverfið frá nokkrum svæðum í sjónberki, prófuðu vísindamennirnir einnig hvort útlit vegganna hefði áhrif (3) hólf fyrir hvarf EBC frumna.
Breyting á útliti landamæra rýmisins hafði engin áhrif á viðbrögð EBC frumanna og fjarlægðina og stefnuna sem krafist var fyrir viðbrögðin miðað við viðfangsefnið.
Mynd #4: Stöðugleiki EBC frumusvörunar óháð umhverfinu.
Skýringar á mynd #4:а — sjálfhverf kort fyrir EBC í kunnuglegu (vinstri) og nýju (hægri) umhverfi;
b - sjálfhverf kort fyrir EBC fengin í sama umhverfi, en með tímabili;
с - Gröf yfir valinn fjarlægð (efst) og breytingu á valinni stefnu miðað við grunnlínu (neðst) fyrir nýtt (ókunnugt) umhverfi;
d - línurit af valinni fjarlægð (efst) og breytingu á valinni stefnu miðað við grunnlínu (neðst) fyrir áður rannsakað (kunnuglegt) umhverfi.
Einnig kom í ljós að svörun EBC frumna, sem og nauðsynleg stefnumörkun og fjarlægð miðað við viðfangsefnið, breytast ekki með tímanum.
Hins vegar var þetta „tímabundna“ próf framkvæmt í sama prófunarklefa. Einnig var nauðsynlegt að athuga hver er munurinn á viðbrögðum EBC við þekktum aðstæðum og nýjum. Til þess voru gerðar nokkrar heimsóknir, þegar rotturnar rannsökuðu hólfið, sem þær þekkja nú þegar úr fyrri prófunum, og síðan ný hólf með opnu rými.
Eins og þú gætir hafa giskað á, hélst svörun EBC frumanna + æskileg stefnu/fjarlægð óbreytt í nýju hólfunum (4a, 4c).
Þannig gefur EBC hvarfið stöðuga framsetningu á mörkum umhverfisins miðað við prófunaraðilann í öllum gerðum þessa umhverfis, óháð útliti veggja, flatarmáli prófunarhólfsins, hreyfingu þess og þann tíma sem prófaðili dvelur í salnum.
Fyrir ítarlegri kynningu á blæbrigðum rannsóknarinnar mæli ég með að skoða и til hans.
Eftirmáli
Í þessari vinnu tókst vísindamönnum að staðfesta í reynd kenninguna um sjálfhverfa framsetningu umhverfisins, sem er afar mikilvæg fyrir stefnumörkun í geimnum. Þeir sönnuðu að það er milliferli á milli allósentrískrar staðbundinnar framsetningar og raunverulegrar aðgerða, þar sem ákveðnar frumur í striatum, sem kallast egocentric boundary cells (EBC), taka þátt. Það kom einnig í ljós að EBC voru meira tengd stjórn á hreyfingum alls líkamans, en ekki bara höfuð einstaklinganna.
Þessi rannsókn hafði það að markmiði að ákvarða heildarkerfi stefnumörkunar í geimnum, alla þætti þess og breytur. Þessi vinna, samkvæmt vísindamönnum, mun hjálpa til við að bæta leiðsögutækni fyrir sjálfstýrða bíla og fyrir vélmenni sem geta skilið rýmið í kringum þá, eins og við gerum. Rannsakendur eru afar spenntir fyrir niðurstöðum vinnu sinnar sem gefa tilefni til að halda áfram að rannsaka tengsl ákveðinna heilasvæða og hvernig farið er um geiminn.
Þakka þér fyrir athyglina, vertu forvitin og eigið frábæra viku allir! 🙂
Þakka þér fyrir að vera hjá okkur. Líkar þér við greinarnar okkar? Viltu sjá meira áhugavert efni? Styðjið okkur með því að leggja inn pöntun eða mæla með því við vini, 30% afsláttur fyrir Habr notendur á einstökum hliðstæðum upphafsþjónum, sem var fundið upp af okkur fyrir þig: (fáanlegt með RAID1 og RAID10, allt að 24 kjarna og allt að 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 sinnum ódýrari? Aðeins hér í Hollandi! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - frá $99! Lestu um
Heimild: www.habr.com