थ्री पाइन्समध्ये हरवू नका: पर्यावरणाचे अहंकारी दृश्य

चळवळ हे जीवन आहे. या वाक्प्रचाराचा अर्थ पुढे जाण्याची प्रेरणा, स्थिर उभे न राहणे आणि आपल्याला पाहिजे ते साध्य करणे आणि जवळजवळ सर्व सजीव प्राणी त्यांचे बहुतेक आयुष्य गतीमध्ये घालवतात या वस्तुस्थितीचे विधान म्हणून केले जाऊ शकते. अंतराळातील आपल्या हालचाली आणि हालचाली प्रत्येक वेळी आपल्या कपाळावर आणि तुटलेल्या लहान बोटांनी संपू नयेत याची खात्री करण्यासाठी, आपला मेंदू आपल्या हालचालीच्या क्षणी नकळतपणे उद्भवणारे पर्यावरणाचे संग्रहित “नकाशे” वापरतो. तथापि, एक मत आहे की मेंदू हे नकाशे बाहेरून वापरत नाही, म्हणून बोलण्यासाठी, परंतु या नकाशावर एखाद्या व्यक्तीला ठेवून आणि प्रथम-व्यक्तीच्या दृश्यातून डेटा गोळा करून. बोस्टन विद्यापीठातील शास्त्रज्ञांनी प्रयोगशाळेतील उंदरांवर व्यावहारिक प्रयोगांची मालिका करून हा सिद्धांत सिद्ध करण्याचा निर्णय घेतला. मेंदू प्रत्यक्षात अवकाशात कसा नेव्हिगेट करतो, कोणत्या पेशींचा सहभाग असतो आणि स्वायत्त कार आणि रोबोट्सच्या भविष्यासाठी हे संशोधन काय भूमिका बजावते? संशोधन गटाच्या अहवालातून आपल्याला याची माहिती मिळते. जा.

संशोधनाचा आधार

तर, बर्याच वर्षांपूर्वी स्थापित केलेली वस्तुस्थिती अशी आहे की अंतराळातील अभिमुखतेसाठी जबाबदार मेंदूचा मुख्य भाग हिप्पोकॅम्पस आहे.

हिप्पोकॅम्पस विविध प्रक्रियांमध्ये सामील आहे: भावनांची निर्मिती, अल्पकालीन स्मृतीचे दीर्घकालीन स्मृतीमध्ये रूपांतर आणि अवकाशीय स्मरणशक्तीची निर्मिती. आपला मेंदू अवकाशातील अधिक प्रभावी अभिमुखतेसाठी योग्य क्षणी कॉल करतो त्या “नकाशे” चा स्त्रोत हा नंतरचा आहे. दुसऱ्या शब्दांत, हिप्पोकॅम्पस मेंदूचा मालक ज्या जागेत असतो त्या जागेचे त्रि-आयामी न्यूरल मॉडेल संग्रहित करतो.

हिप्पोकॅम्पस

एक सिद्धांत आहे ज्यामध्ये असे म्हटले आहे की वास्तविक नेव्हिगेशन आणि हिप्पोकॅम्पसमधील नकाशे दरम्यान, एक मध्यवर्ती पायरी आहे - हे नकाशे प्रथम-व्यक्ती दृश्यात रूपांतरित करणे. म्हणजेच, एखादी व्यक्ती सामान्यपणे (जसे की आपण वास्तविक नकाशांवर पाहतो) कुठे आहे हे समजून घेण्याचा प्रयत्न करत आहे, परंतु काहीतरी स्वतःच्या सापेक्ष कुठे असेल (जसे की Google नकाशे मधील “स्ट्रीट व्ह्यू” फंक्शन).

आम्ही विचार करत असलेल्या कामाचे लेखक खालील गोष्टींवर जोर देतात: पर्यावरणाचे संज्ञानात्मक नकाशे हिप्पोकॅम्पल फॉर्मेशनमध्ये एलोसेन्ट्रिक सिस्टममध्ये एन्कोड केले जातात, परंतु मोटर कौशल्ये (स्वतःच्या हालचाली) अहंकारकेंद्रित प्रणालीमध्ये दर्शविल्या जातात.

UFO: शत्रू अज्ञात (अलोसेन्ट्रिक प्रणाली) आणि DOOM (अहंकेंद्रित प्रणाली).

एलोसेन्ट्रिक आणि इगोसेंट्रिक सिस्टीममधील फरक हा थर्ड पर्सन व्ह्यू (किंवा साइड व्ह्यू, टॉप व्ह्यू इ.) आणि फर्स्ट पर्सन व्ह्यूमधील गेममधील फरकासारखाच आहे. पहिल्या प्रकरणात, पर्यावरण स्वतःच आपल्यासाठी महत्वाचे आहे, दुसऱ्या प्रकरणात, या वातावरणाशी संबंधित आपली स्थिती. अशा प्रकारे, allocentric नेव्हिगेशनल योजना प्रत्यक्ष अंमलबजावणीसाठी अहंकारकेंद्रित प्रणालीमध्ये रूपांतरित केल्या पाहिजेत, उदा. अंतराळात हालचाल.

संशोधकांचा असा विश्वास आहे की हे डोर्सोमेडियल आहे स्ट्रायटम (DMS)* वरील प्रक्रियेत महत्त्वाची भूमिका बजावते.

मानवी मेंदूचा स्ट्रायटम.

स्ट्रायटम* - मेंदूचा भाग जो बेसल गॅंग्लियाशी संबंधित आहे; स्ट्रायटम स्नायू टोन, अंतर्गत अवयव आणि वर्तनात्मक प्रतिक्रियांच्या नियमनात गुंतलेले आहे; राखाडी आणि पांढर्‍या पदार्थाच्या पर्यायी पट्ट्यांच्या संरचनेमुळे स्ट्रायटमला "स्ट्रायटम" देखील म्हटले जाते.

DMS अंतराळात नेव्हिगेशनच्या संदर्भात निर्णय घेण्याशी आणि क्रिया करण्याशी संबंधित न्यूरल प्रतिसाद दर्शवते, म्हणून मेंदूच्या या क्षेत्राचा अधिक तपशीलवार अभ्यास केला पाहिजे.

संशोधन परिणाम

स्ट्रायटम (डीएमएस) मध्ये अहंकारी स्थानिक माहितीची उपस्थिती/अनुपस्थिती निश्चित करण्यासाठी, डीएमएस (डीएमएस) ला लक्ष्य करत 4 टेट्रोड्स (मेंदूच्या इच्छित भागांशी जोडलेले विशेष इलेक्ट्रोड) 16 नर उंदीरांचे रोपण केले गेले.एक्सएनयूएमएक्स).

प्रतिमा #1: संदर्भाच्या अहंकारी फ्रेममध्ये पर्यावरणीय सीमांना स्ट्रायटल पेशींचा प्रतिसाद.

प्रतिमा क्रमांक 1 चे स्पष्टीकरण:а - टेट्रोड स्थान बिंदू;
b - अहंकारी सीमा नकाशा;
с — allocentric स्थानिक नकाशे (डावीकडे 4 चौरस), शरीराच्या स्थितीशी संबंधित सेल प्रतिसाद शिखरांच्या स्थानांचे रंग-कोडित मार्गक्रमण भूखंड आणि विविध अभिमुखतेवर EBC पेशींच्या प्रतिसादावर आधारित अहंकारकेंद्रित नकाशे (उजवीकडे 4 चौरस) उंदीर आणि भिंत यांच्यातील अंतर;
d - म्हणून 1c, परंतु प्राण्यापासून दूर असलेल्या इबीसीसाठी;
e - म्हणून 1c, परंतु दोन व्यस्त EBC साठी;
f - निरीक्षण केलेल्या पेशींसाठी सरासरी परिणामी लांबीचे वितरण;
g - हालचालीची दिशा आणि डोके दिशा वापरून EBC साठी सरासरी परिणामी लांबीचे वितरण;
h - पेशींच्या सरासरी प्रतिसादाचे वितरण (सर्व आणि EBC).

44 प्रयोग केले गेले ज्यामध्ये उंदरांनी परिचित जागेत (खुल्या, चक्रव्यूहात नाही) यादृच्छिकपणे विखुरलेले अन्न गोळा केले. परिणामी, 939 पेशींची नोंद झाली. गोळा केलेल्या डेटावरून, 31 हेड डायरेक्शन सेल्स (HDCs) ओळखले गेले, परंतु पेशींचा फक्त एक छोटा अंश, 19 अचूकपणे, allocentric अवकाशीय सहसंबंध होते. शिवाय, या पेशींची क्रिया, पर्यावरणाच्या परिमितीद्वारे मर्यादित, केवळ चाचणी चेंबरच्या भिंतींच्या बाजूने उंदराच्या हालचाली दरम्यान दिसून आली, जी जागेच्या सीमा एन्कोडिंगसाठी एक अहंकारी योजना सुचवते.

पीक सेल अ‍ॅक्टिव्हिटीवर आधारित अशा अहंकारकेंद्रित प्रतिनिधित्वाच्या शक्यतांचे मूल्यांकन करण्यासाठी, अहंकारकेंद्रित सीमा नकाशे तयार केले गेले (1b), जे उंदराच्या हालचालीच्या दिशेशी संबंधित सीमांचे अभिमुखता आणि अंतर स्पष्ट करते, त्याच्या डोक्याच्या स्थितीपेक्षा (तुलना 1g).

18% रेकॉर्ड केलेल्या पेशींनी (171 पैकी 939) जेव्हा चेंबरच्या सीमारेषेने प्रायोगिक पेशींच्या तुलनेत विशिष्ट स्थान आणि अभिमुखता व्यापली तेव्हा लक्षणीय प्रतिसाद दर्शविला (1f). शास्त्रज्ञ त्यांना अहंकारकेंद्रित सीमा पेशी (EBCs) म्हणतात. अहंकारकेंद्रित सीमा पेशी). प्रायोगिक विषयांमध्ये अशा पेशींची संख्या 15 ते 70 पर्यंत सरासरी 42.75 (1c, 1d).

अहंकारकेंद्रित सीमांच्या पेशींमध्ये, चेंबरच्या सीमांना प्रतिसाद म्हणून ज्यांचे क्रियाकलाप कमी झाले होते. त्यापैकी एकूण ४९ होते आणि त्यांना इन्व्हर्स ईबीसी (iEBCs) म्हणतात. EBC आणि iEBC मधील सरासरी सेल प्रतिसाद (त्यांची क्रिया क्षमता) खूपच कमी होती - 49 ± 1,26 Hz (1h).

EBC सेलची लोकसंख्या चाचणी विषयाशी संबंधित चेंबरच्या सीमारेषेतील सर्व अभिमुखता आणि स्थानांना प्रतिसाद देते, परंतु प्राधान्‍य अभिमुखतेचे वितरण बिमोडल असते आणि प्राण्याच्या दोन्ही बाजूला एकमेकांच्या विरुद्ध 180° शिखरे असतात (-68° आणि 112°) , प्राण्याच्या लांब अक्षापर्यंत लंबापासून 22° (2d).

प्रतिमा #2: अहंकारकेंद्रित सीमा पेशी (EBCs) च्या प्रतिसादासाठी प्राधान्यकृत अभिमुखता आणि अंतर.

प्रतिमा क्रमांक 2 चे स्पष्टीकरण:a — प्रत्येक आलेखाच्या वर दर्शविलेल्या भिन्न पसंतीच्या अभिमुखतेसह एकाच वेळी तपासलेल्या चार EBC साठी अहंकारकेंद्रित सीमा नकाशे;
b - पासून पेशींच्या अनुषंगाने टेट्रोड्सची स्थिती एक्सएनयूएमएक्स (संख्या टेट्रोड क्रमांक दर्शवितात);
с — एका उंदराच्या सर्व EBC साठी प्राधान्यकृत अभिमुखतेची संभाव्यता वितरण;
d — सर्व उंदीरांच्या EBC साठी प्राधान्यकृत अभिमुखतेची संभाव्यता वितरण;
е — मध्ये दर्शविलेल्या पेशींसाठी टेट्रोड पोझिशन्स 2f;
f - प्रत्येक आलेखाच्या वर दर्शविलेल्या भिन्न पसंतीच्या अंतरांसह एकाच वेळी रेकॉर्ड केलेल्या सहा EBC साठी अहंकारकेंद्रित सीमा नकाशे;
g — एका उंदराच्या सर्व EBC साठी पसंतीच्या अंतराचे संभाव्यता वितरण;
h — सर्व उंदरांच्या EBC साठी प्राधान्यकृत अंतराचे संभाव्य वितरण;
i सर्व EBC साठी पसंतीचे अंतर आणि प्राधान्यकृत अभिमुखतेचा ध्रुवीय प्लॉट आहे, बिंदूंच्या रंग आणि व्यासाने दर्शविलेल्या जागेच्या आकारासह.

सीमेवरील पसंतीच्या अंतराच्या वितरणामध्ये तीन शिखरे आहेत: 6.4, 13.5 आणि 25.6 सेंमी, जे EBC दरम्यान तीन भिन्न पसंतीचे अंतर दर्शवितात (2f-2h), जे श्रेणीबद्ध नॅव्हिगेशनल शोध धोरणासाठी महत्त्वाचे असू शकते. इबीसी रिसेप्टिव्ह फील्डचा आकार पसंतीच्या अंतराचे कार्य म्हणून वाढला (2i), जे सूचित करते की सीमांच्या अहंकेंद्रित प्रतिनिधित्वाची अचूकता भिंत आणि प्रायोगिक विषय यांच्यातील कमी अंतराने वाढते.

प्राधान्यकृत अभिमुखता आणि अंतर दोन्हीमध्ये स्पष्ट स्थलाकृतिचा अभाव होता, कारण विषयाचे सक्रिय ईबीसी भिन्न अभिमुखता आणि भिंतीशी संबंधित अंतर समान टेट्रोडवर दिसू लागले (2a, 2b, 2e и 2f).

हे देखील आढळून आले की EBCs चाचणी कक्षांच्या कोणत्याही आवृत्तीमध्ये जागेच्या सीमांना (चेंबरच्या भिंती) सातत्याने प्रतिसाद देतात. EBCs चेंबरच्या दूरच्या वैशिष्ट्यांपेक्षा स्थानिक सीमांना प्रतिसाद देतात याची पुष्टी करण्यासाठी, शास्त्रज्ञांनी कॅमेराची स्थिती 45° ने "फिरवली" आणि अनेक भिंती काळ्या केल्या, ज्यामुळे ते मागील चाचण्यांपेक्षा वेगळे बनले.

डेटा सामान्य चाचणी चेंबरमध्ये आणि फिरवलेल्या दोन्हीमध्ये गोळा केला गेला. चाचणी कक्षातील बदल असूनही, EBC चाचणी विषयांच्या भिंतीशी संबंधित सर्व प्राधान्यक्रम आणि अंतर समान राहिले.

कोनांचे महत्त्व लक्षात घेता, EBCs या स्थानिक पर्यावरणीय गुणधर्मांना अनन्यपणे एन्कोड करण्याची शक्यता देखील विचारात घेण्यात आली. कोपऱ्यांजवळील प्रतिसाद आणि भिंतीच्या मध्यभागी प्रतिसाद यातील फरक वेगळे करून, आम्ही EBC पेशींचा एक उपसंच (n = 16; 9,4%) ओळखला जो कोपऱ्यांना वाढलेला प्रतिसाद दर्शवतो.

अशाप्रकारे, आम्ही एक मध्यवर्ती निष्कर्ष काढू शकतो की हे EBC पेशी आहेत जे चेंबरच्या परिमितीला, म्हणजे, चाचणी कक्षाच्या भिंती आणि त्याच्या कोपऱ्यांना चांगला प्रतिसाद देतात.

पुढे, शास्त्रज्ञांनी चाचणी कक्ष क्षेत्राच्या वेगवेगळ्या आवृत्त्यांसाठी EBC पेशींचा प्रतिसाद खुल्या जागेसाठी (भुलभुलैयाशिवाय चाचणी क्षेत्र, म्हणजे फक्त 4 भिंती) समान आहे की नाही याची चाचणी केली. 3 धावा केल्या गेल्या, त्यातील प्रत्येक भिंतीची लांबी मागीलपेक्षा 50 सेमीने भिन्न होती.

चाचणी कक्षाचा आकार कितीही असला तरी, EBCs ने चाचणी विषयाशी संबंधित समान अंतर आणि अभिमुखतेवर त्याच्या सीमांना प्रतिसाद दिला. हे सूचित करते की प्रतिसाद पर्यावरणीय आकारानुसार मोजत नाही.

प्रतिमा #3: स्थानिक सीमांना EBC पेशींचा स्थिर प्रतिसाद.

प्रतिमा क्रमांक 3 चे स्पष्टीकरण:а — सामान्य परिस्थितीत (डावीकडे) अहंकारकेंद्रित EBC नकाशे आणि जेव्हा चाचणी कक्ष ४५° (उजवीकडे) फिरवला गेला;
b — 1.25 x 1.25 मीटर (डावीकडे) मोजणाऱ्या कॅमेऱ्यासाठी अहंकारकेंद्रित EBC नकाशे आणि 1.75 x 1.75 मीटर (उजवीकडे) विस्तारित कॅमेऱ्यासाठी;
с — नेहमीच्या काळ्या चेंबरच्या भिंती (डावीकडे) आणि नमुनेदार भिंती (उजवीकडे) सह अहंकारकेंद्रित EBC नकाशे;
d-f — पसंतीच्या अंतराचे आलेख (शीर्ष) आणि बेसलाइन (तळाशी) च्या सापेक्ष पसंतीच्या अभिमुखतेतील बदल.

स्ट्रायटमला मेंदूच्या व्हिज्युअल कॉर्टेक्सच्या अनेक भागांमधून पर्यावरणाविषयी माहिती मिळत असल्याने, शास्त्रज्ञांनी भिंतींच्या स्वरूपावर प्रभाव पडतो की नाही हे देखील तपासले (3c) EBC पेशींच्या प्रतिसादावर चेंबर्स.

अवकाशाच्या सीमांचे स्वरूप बदलल्याने EBC पेशींच्या प्रतिक्रियेवर किंवा प्रायोगिक विषयाशी संबंधित प्रतिक्रियेसाठी आवश्यक अंतर आणि अभिमुखतेवर कोणताही परिणाम झाला नाही.

प्रतिमा #4: पर्यावरणाची पर्वा न करता EBC सेल प्रतिसादाची सुसंगतता.

प्रतिमा क्रमांक 4 चे स्पष्टीकरण:а — परिचित (डावीकडे) आणि नवीन (उजवीकडे) वातावरणात EBC साठी अहंकारकेंद्रित नकाशे;
b — EBC साठी अहंकारकेंद्रित नकाशे, त्याच वातावरणात मिळवलेले, परंतु वेळेच्या अंतराने;
с — नवीन (अपरिचित) वातावरणासाठी बेसलाइन (तळाशी) च्या सापेक्ष पसंतीच्या अंतराचे आलेख (शीर्ष) आणि पसंतीच्या अभिमुखतेतील बदल;
d — पूर्वी अभ्यासलेल्या (परिचित) वातावरणासाठी प्राधान्यकृत अंतर (शीर्ष) आणि बेसलाइन (तळाशी) च्या सापेक्ष पसंतीच्या अभिमुखतेतील बदल.

असेही आढळून आले की EBC पेशींचा प्रतिसाद, तसेच प्रायोगिक विषयाशी संबंधित आवश्यक अभिमुखता आणि अंतर, कालांतराने बदलत नाही.

तथापि, ही "वेळबद्ध" चाचणी त्याच चाचणी चेंबरमध्ये घेण्यात आली. ज्ञात परिस्थितींना आणि नवीन परिस्थितींना EBC प्रतिसाद यात काय फरक आहे हे तपासणे देखील आवश्यक होते. हे करण्यासाठी, जेव्हा उंदरांनी मागील चाचण्यांमधून आधीच माहित असलेल्या एका चेंबरचा अभ्यास केला तेव्हा अनेक धावा केल्या गेल्या आणि नंतर खुल्या जागेसह नवीन चेंबर्स.

तुम्ही अंदाज केला असेल, नवीन चेंबर्समध्ये EBC सेल प्रतिसाद + इच्छित अभिमुखता/अंतर अपरिवर्तित राहिले (4a, 4c).

अशाप्रकारे, ईबीसी प्रतिसाद भिंतींचे स्वरूप, चाचणी कक्षाचे क्षेत्रफळ, त्याची हालचाल आणि वेळ विचारात न घेता, सर्व प्रकारच्या वातावरणातील चाचणी विषयाशी संबंधित पर्यावरणाच्या सीमांचे स्थिर प्रतिनिधित्व प्रदान करते. चेंबरमध्ये घालवलेला विषय.

अभ्यासाच्या बारकाव्यांबद्दल अधिक तपशीलवार परिचित होण्यासाठी, मी पहाण्याची शिफारस करतो शास्त्रज्ञांनी अहवाल दिला и अतिरिक्त साहित्य त्याला.

एपिलोग

या कार्यात, शास्त्रज्ञ सराव मध्ये पर्यावरणाच्या अहंकारी प्रतिनिधित्वाच्या सिद्धांताची पुष्टी करण्यास सक्षम होते, जे अंतराळातील अभिमुखतेसाठी अत्यंत महत्वाचे आहे. त्यांनी दर्शविले की सर्वकेंद्रित अवकाशीय प्रतिनिधित्व आणि वास्तविक क्रिया यांच्यामध्ये एक मध्यवर्ती प्रक्रिया असते ज्यामध्ये स्ट्रायटममधील विशिष्ट पेशींचा समावेश असतो, ज्याला अहंकारकेंद्रित सीमा पेशी (EBC) म्हणतात. हे देखील आढळून आले की EBCs केवळ चाचणी विषयांच्या डोक्यावरच नव्हे तर संपूर्ण शरीराच्या हालचालींवर नियंत्रण ठेवण्याशी संबंधित आहेत.

या अभ्यासाचे उद्दिष्ट अंतराळातील अभिमुखतेची संपूर्ण यंत्रणा, त्याचे सर्व घटक आणि चल निश्चित करणे होते. शास्त्रज्ञांच्या म्हणण्यानुसार, हे कार्य स्वायत्त कार आणि रोबोट्ससाठी नेव्हिगेशन तंत्रज्ञान सुधारण्यास मदत करेल जे आपल्या सभोवतालची जागा समजून घेण्यास सक्षम असतील, जसे आपण करतो. संशोधक त्यांच्या कार्याच्या परिणामांमुळे अत्यंत खूश आहेत, जे मेंदूच्या काही भागांमधील संबंध आणि अवकाशात नेव्हिगेशन कसे चालते याचा अभ्यास सुरू ठेवण्याचे कारण प्रदान करतात.

तुमचे लक्ष दिल्याबद्दल धन्यवाद, उत्सुक रहा आणि प्रत्येकाचा आठवडा चांगला जावो! 🙂

आमच्यासोबत राहिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्हाला आमचे लेख आवडतात का? अधिक मनोरंजक सामग्री पाहू इच्छिता? ऑर्डर देऊन किंवा मित्रांना शिफारस करून आम्हाला समर्थन द्या, एंट्री-लेव्हल सर्व्हरच्या अनन्य अॅनालॉगवर Habr वापरकर्त्यांसाठी 30% सवलत, ज्याचा शोध आम्ही तुमच्यासाठी लावला आहे: VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps बद्दल संपूर्ण सत्य $20 पासून किंवा सर्व्हर कसा शेअर करायचा? (RAID1 आणि RAID10 सह उपलब्ध, 24 कोर पर्यंत आणि 40GB DDR4 पर्यंत).

Dell R730xd 2 पट स्वस्त? फक्त इथेच 2 x इंटेल टेट्राडेका-कोर Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 टीव्ही $199 पासून नेदरलँड मध्ये! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - $99 पासून! बद्दल वाचा इन्फ्रास्ट्रक्चर कॉर्पोरेशन कसे तयार करावे. डेल R730xd E5-2650 v4 सर्व्हरचा वापर करून 9000 युरो किमतीचा वर्ग?

स्त्रोत: www.habr.com