Pergerakan adalah kehidupan. Ungkapan ini boleh ditafsirkan sebagai motivasi untuk bergerak ke hadapan, bukan untuk berdiri diam dan mencapai apa yang anda inginkan, dan sebagai pernyataan fakta bahawa hampir semua makhluk hidup bergerak sepanjang hayat mereka. Untuk memastikan pergerakan dan pergerakan kita di angkasa tidak berakhir dengan benjolan di dahi dan jari kelingking yang patah pada kaki setiap kali, otak kita menggunakan "peta" persekitaran yang disimpan yang secara tidak sedar muncul pada saat pergerakan kita. . Walau bagaimanapun, terdapat pendapat bahawa otak tidak menggunakan kad ini dari luar, boleh dikatakan, tetapi dengan meletakkan seseorang pada kad ini dan mengumpul data apabila dilihat dari orang pertama. Para saintis dari Universiti Boston memutuskan untuk membuktikan teori ini dengan menjalankan satu siri eksperimen praktikal dengan tikus makmal. Bagaimanakah otak sebenarnya menavigasi di angkasa, sel mana yang terlibat, dan apakah peranan yang dimainkan oleh penyelidikan ini untuk masa depan kereta dan robot autonomi? Kami belajar tentang ini daripada laporan kumpulan penyelidik. Pergi.
Asas penyelidikan
Jadi, fakta yang ditubuhkan bertahun-tahun yang lalu ialah bahagian utama otak yang bertanggungjawab untuk orientasi di angkasa adalah hippocampus.
Hippocampus terlibat dalam pelbagai proses: pembentukan emosi, transformasi ingatan jangka pendek kepada ingatan jangka panjang, dan pembentukan ingatan spatial. Ia adalah yang terakhir yang merupakan sumber "peta" yang dipanggil otak kita pada masa yang tepat untuk orientasi yang lebih cekap di angkasa. Dalam erti kata lain, hippocampus menyimpan model saraf tiga dimensi ruang di mana pemilik otak berada.
Hippocampus
Terdapat teori yang menyatakan bahawa terdapat langkah perantaraan antara navigasi sebenar dan peta dari hippocampus - transformasi peta ini menjadi pandangan orang pertama. Iaitu, seseorang cuba memahami di mana sesuatu terletak tidak sama sekali (seperti yang kita lihat pada peta sebenar), tetapi di mana sesuatu akan terletak berbanding dengannya (seperti fungsi "pandangan jalan" dalam Peta Google).
Pengarang karya yang kami pertimbangkan menekankan perkara berikut: Peta kognitif persekitaran dikodkan dalam pembentukan hippocampal dalam sistem alosentrik, tetapi kemahiran motor (pergerakan itu sendiri) diwakili dalam sistem egosentrik.
UFO: Enemy Unknown (sistem allocentric) dan DOOM (sistem egocentric).
Perbezaan antara sistem alosentrik dan egosentrik adalah seperti perbezaan antara permainan orang ketiga (atau pandangan sisi, pandangan atas, dll.) dan permainan orang pertama. Dalam kes pertama, persekitaran itu sendiri penting untuk kita, dalam kedua, kedudukan kita berhubung dengan persekitaran ini. Oleh itu, pelan navigasi alosentrik mesti ditukar kepada sistem egosentrik untuk pelaksanaan sebenar, i.e. pergerakan di angkasa.
Penyelidik percaya bahawa ia adalah dorsomedial striatum (DMS)* memainkan peranan penting dalam proses di atas.
Striatum otak manusia.
Striatum* - bahagian otak yang tergolong dalam ganglia basal; striatum terlibat dalam pengawalan nada otot, organ dalaman dan tindak balas tingkah laku; Striatum juga dipanggil "striatum" kerana strukturnya yang berselang-seli bagi jirim kelabu dan putih.
DMS menunjukkan tindak balas saraf yang berkaitan dengan membuat keputusan dan tindakan berhubung dengan navigasi spatial, jadi kawasan otak ini harus dikaji dengan lebih terperinci.
Hasil penyelidikan
Untuk menentukan kehadiran / ketiadaan maklumat spatial egosentrik dalam striatum (DMS), 4 tikus jantan telah ditanam dengan sehingga 16 tetrod (elektrod khas yang disambungkan ke kawasan otak yang dikehendaki) yang menyasarkan DMS (1a).
Imej #1: Tindak balas sel striatal terhadap sempadan persekitaran dalam rangka rujukan egosentrik.
Penjelasan untuk imej #1:а - titik lokasi tetrod;
b - peta sempadan egosentrik;
с — peta spatial alosentrik (4 petak di sebelah kiri), plot trajektori berkod warna bagi lokasi puncak tindak balas sel berbanding kedudukan badan, dan peta egosentrik (4 petak di sebelah kanan) berdasarkan tindak balas sel EBC pada pelbagai orientasi dan jarak antara tikus dan dinding;
d - anak lelaki 1c, tetapi untuk EBC dengan jarak pilihan dari haiwan;
e - anak lelaki 1c, tetapi untuk dua EBC songsang;
f — taburan purata panjang yang terhasil untuk sel yang diperhatikan;
g - taburan purata panjang yang terhasil untuk EBC menggunakan arah pergerakan dan arah kepala;
h — pengedaran tindak balas purata sel (jumlah dan EBC).
Empat puluh empat eksperimen telah dijalankan apabila tikus mengumpul makanan bertaburan secara rawak di ruang yang biasa bagi mereka (terbuka, bukan dalam labirin). Hasilnya, 44 sel telah direkodkan. Daripada data yang dikumpul, kehadiran 939 sel arah kepala (HDC) telah ditubuhkan, bagaimanapun, hanya sebahagian kecil sel, dan lebih tepat lagi 31, mempunyai korelasi spatial alosentrik. Pada masa yang sama, aktiviti sel-sel ini, terhad oleh perimeter persekitaran, diperhatikan hanya semasa pergerakan tikus di sepanjang dinding ruang ujian, yang mencadangkan skema egosentrik untuk pengekodan sempadan ruang.
Untuk menilai kemungkinan perwakilan egosentrik sedemikian, berdasarkan penunjuk aktiviti sel puncak, peta sempadan egosentrik telah dibuat (1b), yang menggambarkan orientasi dan jarak sempadan berbanding dengan arah pergerakan tikus, dan bukan kedudukan kepalanya (perbandingan dengan 1g).
18% daripada sel yang ditangkap (171 daripada 939) menunjukkan tindak balas yang ketara apabila sempadan ruang menduduki kedudukan dan orientasi tertentu berbanding subjek (1f). Para saintis memanggil mereka sel sempadan egosentrik (EBC). sel sempadan egosentrik). Bilangan sel tersebut dalam subjek eksperimen adalah antara 15 hingga 70 dengan purata 42.75 (1c, 1d).
Di antara sel-sel sempadan egosentrik, terdapat mereka yang aktivitinya berkurangan sebagai tindak balas kepada sempadan ruang. Terdapat 49 kesemuanya dan ia dipanggil songsang EBCs (iEBCs). Indeks purata tindak balas sel (potensi tindakan mereka) dalam EBC dan iEBC adalah agak rendah - 1,26 ± 0,09 Hz (1h).
Populasi sel EBC bertindak balas kepada semua orientasi dan kedudukan sempadan ruang berbanding subjek, tetapi taburan orientasi pilihan adalah bimodal dengan puncak terletak 180° bertentangan antara satu sama lain di kedua-dua belah haiwan (-68° dan 112°), diimbangi sedikit daripada berserenjang dengan paksi panjang haiwan sebanyak 22° (2d).
Imej #2: Orientasi dan jarak pilihan untuk tindak balas sel sempadan egosentrik (EBC).
Penjelasan untuk imej #2:a - peta sempadan egosentrik untuk empat EBC yang dikaji secara serentak dengan orientasi pilihan berbeza yang ditunjukkan di atas setiap graf;
b - kedudukan tetrod mengikut sel dari 2a (nombor menunjukkan nombor tetrod);
с — taburan kebarangkalian orientasi pilihan untuk semua EBC satu tikus;
d — taburan kebarangkalian orientasi pilihan untuk EBC semua tikus;
е - kedudukan tetrod untuk sel yang ditunjukkan dalam 2f;
f — peta sempadan egosentrik untuk enam EBC yang direkodkan secara serentak dengan jarak pilihan berbeza yang ditunjukkan di atas setiap graf;
g ialah taburan kebarangkalian jarak pilihan untuk semua EBC satu tikus;
h ialah taburan kebarangkalian jarak pilihan untuk EBC semua tikus;
i - plot kutub jarak pilihan dan orientasi pilihan untuk semua EBC dengan saiz ruang yang diwakili oleh warna dan diameter titik.
Taburan jarak pilihan ke sempadan mengandungi tiga puncak: 6.4, 13.5 dan 25.6 cm, menunjukkan kehadiran tiga jarak pilihan yang berbeza antara EBC (2f-2h) yang mungkin penting untuk strategi carian navigasi hierarki. Saiz medan penerimaan EBC meningkat dengan jarak pilihan (2i), menunjukkan peningkatan dalam ketepatan perwakilan egosentrik sempadan apabila jarak antara dinding dan subjek berkurangan.
Tiada topografi yang jelas dalam kedua-dua orientasi pilihan dan jarak, kerana EBC aktif subjek dengan orientasi dan jarak yang berbeza dari dinding muncul pada tetrod yang sama (2a, 2b, 2e и 2f).
Ia juga didapati bahawa EBC bertindak balas secara stabil terhadap sempadan ruang (dinding ruang) dalam mana-mana ruang ujian. Untuk mengesahkan bahawa EBC bertindak balas terhadap sempadan tempatan ruang dan bukannya ciri distalnya, saintis "memusingkan" kedudukan kamera sebanyak 45° dan menjadikan beberapa dinding hitam, menjadikannya berbeza daripada yang digunakan dalam ujian sebelumnya.
Data dikumpul kedua-duanya dalam ruang ujian konvensional dan dalam ruang yang diputar. Walaupun terdapat perubahan dalam ruang ujian, semua orientasi dan jarak pilihan berbanding dengan dinding subjek ujian EBC kekal sama.
Memandangkan kepentingan sudut, kemungkinan bahawa EBC secara unik menyandikan atribut persekitaran tempatan ini juga dipertimbangkan. Dengan mengasingkan perbezaan antara tindak balas berhampiran sudut dan tindak balas berhampiran bahagian tengah dinding, subset sel EBC (n = 16; 9,4%) telah dikenal pasti yang menunjukkan peningkatan tindak balas ke sudut.
Oleh itu, kita boleh membuat kesimpulan pertengahan bahawa ia adalah sel EBC yang bertindak balas dengan sempurna kepada perimeter ruang, iaitu, ke dinding ruang ujian dan sudutnya.
Seterusnya, saintis menguji sama ada tindak balas sel EBC terhadap ruang terbuka (arena ujian tanpa labirin, iaitu hanya 4 dinding) adalah sama untuk saiz bilik ujian yang berbeza. Tiga lawatan telah dibuat, di mana setiap satunya panjang dinding berbeza dari yang sebelumnya sebanyak 3 cm.
Tanpa mengira saiz ruang ujian, EBC bertindak balas kepada sempadannya pada jarak dan orientasi yang sama berbanding subjek ujian. Ini menunjukkan bahawa tindak balas tidak berskala dengan saiz persekitaran.
Imej #3: tindak balas stabil sel EBC ke sempadan ruang.
Penjelasan untuk imej #3:а — peta EBC egosentrik dalam keadaan biasa (kiri) dan apabila ruang ujian diputar sebanyak 45° (kanan);
b — peta EBC egosentrik untuk ruang berukuran 1.25 x 1.25 m (kiri) dan untuk ruang yang diperbesarkan 1.75 x 1.75 m (kanan);
с — peta EBC egosentrik dengan dinding ruang hitam biasa (kiri) dan dengan dinding bercorak (kanan);
d-f - graf jarak pilihan (atas) dan perubahan dalam orientasi pilihan berbanding garis dasar (bawah).
Oleh kerana striatum menerima maklumat tentang persekitaran dari beberapa kawasan korteks visual, saintis juga menguji sama ada penampilan dinding terjejas (3c) ruang untuk tindak balas sel EBC.
Mengubah rupa sempadan ruang tidak mempunyai kesan ke atas tindak balas sel EBC dan jarak serta orientasi yang diperlukan untuk tindak balas berbanding subjek.
Imej #4: Kestabilan tindak balas sel EBC tanpa mengira persekitaran.
Penjelasan untuk imej #4:а — peta egosentrik untuk EBC dalam persekitaran biasa (kiri) dan baharu (kanan);
b - peta egosentrik untuk EBC yang diperoleh dalam persekitaran yang sama, tetapi dengan selang masa;
с - Graf jarak pilihan (atas) dan perubahan orientasi pilihan berbanding garis dasar (bawah) untuk persekitaran baharu (tidak biasa);
d - graf jarak pilihan (atas) dan perubahan dalam orientasi pilihan berbanding garis dasar (bawah) untuk persekitaran yang telah dipelajari (biasa).
Ia juga didapati bahawa tindak balas sel EBC, serta orientasi dan jarak yang diperlukan berbanding subjek, tidak berubah dari semasa ke semasa.
Walau bagaimanapun, ujian "sementara" ini dijalankan di ruang ujian yang sama. Ia juga perlu untuk menyemak apakah perbezaan antara tindak balas EBC kepada keadaan yang diketahui dan kepada yang baru. Untuk melakukan ini, beberapa lawatan telah dijalankan, apabila tikus mengkaji ruang, yang mereka sudah tahu dari ujian sebelumnya, dan kemudian ruang baru dengan ruang terbuka.
Seperti yang anda mungkin telah meneka, tindak balas sel EBC + orientasi/jarak yang dikehendaki kekal tidak berubah dalam ruang baharu (4a, 4c).
Oleh itu, tindak balas EBC memberikan gambaran yang stabil bagi sempadan persekitaran berbanding subjek ujian dalam semua jenis persekitaran ini, tanpa mengira rupa dinding, kawasan ruang ujian, pergerakannya, dan masa yang dihabiskan oleh subjek ujian di dalam bilik.
Untuk kenalan yang lebih terperinci dengan nuansa kajian, saya cadangkan melihat и kepada dia.
Epilog
Dalam karya ini, saintis berjaya mengesahkan secara praktikal teori perwakilan egosentrik alam sekitar, yang sangat penting untuk orientasi di angkasa. Mereka membuktikan bahawa terdapat proses perantaraan antara perwakilan spatial allocentric dan tindakan sebenar, di mana sel-sel tertentu striatum, yang dipanggil sel sempadan egosentrik (EBC), mengambil bahagian. Ia juga didapati bahawa EBC lebih berkaitan dengan kawalan pergerakan seluruh badan, dan bukan hanya kepala subjek.
Kajian ini bertujuan untuk menentukan mekanisme lengkap orientasi dalam ruang, semua komponen dan pembolehubahnya. Kerja ini, menurut saintis, akan membantu meningkatkan lagi teknologi navigasi untuk kereta autonomi dan untuk robot yang boleh memahami ruang di sekelilingnya, seperti yang kita lakukan. Para penyelidik sangat teruja dengan hasil kerja mereka, yang memberi alasan untuk terus mengkaji hubungan antara kawasan otak tertentu dan bagaimana ruang dilayari.
Terima kasih atas perhatian anda, kekal ingin tahu dan selamat berhujung minggu semua! 🙂
Terima kasih kerana tinggal bersama kami. Adakah anda suka artikel kami? Ingin melihat kandungan yang lebih menarik? Sokong kami dengan membuat pesanan atau mengesyorkan kepada rakan, Diskaun 30% untuk pengguna Habr pada analog unik pelayan peringkat permulaan, yang kami cipta untuk anda: (tersedia dengan RAID1 dan RAID10, sehingga 24 teras dan sehingga 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 kali lebih murah? Hanya disini di Belanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - daripada $99! Baca tentang
Sumber: www.habr.com