Покрет је живот. Ова фраза се може тумачити и као мотивација да идете напред, да не стојите мирно и постигнете оно што желите, и као констатација чињенице да скоро сва жива бића већину свог живота проводе у покрету. Да би се осигурало да наши покрети и покрети у простору не завршавају сваки пут ударцима на челу и сломљеним малим прстима, наш мозак користи сачуване „мапе“ окружења које се несвесно појављују у тренутку нашег кретања. Међутим, постоји мишљење да мозак користи ове карте не споља, да тако кажем, већ тако што поставља човека на ову мапу и прикупља податке из погледа из првог лица. Научници са Универзитета у Бостону одлучили су да докажу ову теорију спроводећи низ практичних експеримената са лабораторијским пацовима. Како се мозак заправо креће у свемиру, које ћелије су укључене и какву улогу ово истраживање игра за будућност аутономних аутомобила и робота? О томе сазнајемо из извештаја истраживачке групе. Иди.
Основа истраживања
Дакле, чињеница утврђена пре много година је да је главни део мозга одговоран за оријентацију у простору хипокампус.
Хипокампус је укључен у различите процесе: формирање емоција, трансформацију краткорочне меморије у дуготрајну и формирање просторне меморије. Управо ово друго је извор управо оних „мапа“ које наш мозак позива у правом тренутку за ефикаснију оријентацију у простору. Другим речима, хипокампус складишти тродимензионалне неуронске моделе простора у коме се налази власник мозга.
Хипокампус
Постоји теорија која каже да између стварне навигације и мапа из хипокампуса постоји средњи корак - претварање ових мапа у поглед из првог лица. Односно, особа покушава да схвати где се нешто налази не генерално (као што видимо на стварним мапама), већ где ће се нешто налазити у односу на себе (попут функције „стреет виев“ у Гоогле мапама).
Аутори рада који разматрамо истичу следеће: Когнитивне мапе окружења су кодиране у хипокампалној формацији у алоцентричном систему, али су моторичке вештине (сами покрети) заступљене у егоцентричном систему.
НЛО: Непознати непријатељ (алоцентрични систем) и ДООМ (егоцентрични систем).
Разлика између алоцентричног и егоцентричног система слична је разлици између игара из погледа трећег лица (или погледа са стране, погледа одозго, итд.) и игара из погледа од првог лица. У првом случају за нас је важна сама средина, у другом наш положај у односу на ову средину. Дакле, алоцентрични навигациони планови морају бити претворени у егоцентрични систем за стварну имплементацију, тј. кретање у простору.
Истраживачи верују да је то дорзомедијални стријатум (ДМС)* игра виталну улогу у горе наведеном процесу.
Стреатум људског мозга.
стријатум* - део мозга који припада базалним ганглијама; стриатум је укључен у регулацију мишићног тонуса, унутрашњих органа и реакција понашања; Стријатум се такође назива „стриатум“ због своје структуре наизменичних трака сиве и беле материје.
ДМС демонстрира неуронске одговоре повезане са доношењем одлука и извођењем радњи у вези са навигацијом у свемиру, тако да овај регион мозга треба детаљније проучити.
Резултати истраживања
Да би се утврдило присуство/одсуство егоцентричних просторних информација у стријатуму (ДМС), 4 мужјака пацова имплантирано је до 16 тетрода (специјалних електрода повезаних са жељеним деловима мозга) усмерених на ДМС (КСНУМКС).
Слика #1: Одговор стријаталних ћелија на границе животне средине у егоцентричном референтном оквиру.
Објашњења за слику бр. 1:а — тачке локације тетроде;
b — егоцентрична гранична карта;
с — алоцентричне просторне мапе (4 квадрата са леве стране), бојом означене путање локација врхова ћелијског одговора у односу на положај тела и егоцентричне мапе (4 квадрата са десне стране) засноване на одговору ЕБЦ ћелија у различитим оријентацијама и растојања између пацова и зида;
d - као у КСНУМКСс, али за ЕБЦ са преферираним растојањима од животиње;
e - као у КСНУМКСс, али за два инверзна ЕБЦ;
f — расподела просечне резултујуће дужине за посматране ћелије;
g - расподела просечне резултујуће дужине за ЕБЦ коришћењем правца кретања и правца главе;
h — дистрибуција просечног одговора ћелија (све и ЕБЦ).
Спроведена су 44 експеримента у којима су пацови сакупљали насумично разбацану храну у познатом простору (отвореном, а не у лавиринту). Као резултат, забележено је 939 ћелија. Из прикупљених података идентификована је 31 ћелија у правцу главе (ХДЦ), али је само мали део ћелија, тачније 19, имао алоцентричне просторне корелације. Штавише, активност ових ћелија, ограничених периметром средине, примећена је само током кретања пацова дуж зидова испитне коморе, што сугерише егоцентричну шему за кодирање граница простора.
Да би се процениле могућности такве егоцентричне репрезентације засноване на вршној ћелијској активности, креиране су егоцентричне граничне мапе (1b), који илуструју оријентацију и растојање граница у односу на правац кретања пацова, а не положај његове главе (поређење са 1g).
18% снимљених ћелија (171 од 939) показало је значајан одговор када је граница коморе заузела одређену позицију и оријентацију у односу на експерименталну (1f). Научници их називају егоцентричним граничним ћелијама (ЕБЦ). егоцентричне граничне ћелије). Број таквих ћелија код експерименталних субјеката кретао се од 15 до 70 са просеком од 42.75 (1c, 1d).
Међу ћелијама егоцентричних граница било је оних чија се активност смањила као одговор на границе коморе. Укупно их је било 49 и звали су се инверзни ЕБЦ (иЕБЦ). Просечан одговор ћелија (њихов акциони потенцијал) у ЕБЦ и иЕБЦ био је прилично низак - 1,26 ± 0,09 Хз (1h).
Популација ћелија ЕБЦ реагује на све оријентације и положаје границе коморе у односу на испитаног субјекта, али дистрибуција пожељне оријентације је бимодална са врховима који се налазе 180° један наспрам другог са обе стране животиње (-68° и 112°) , који је благо померен од окомице на дугу осу животиње за 22° (2d).
Слика #2: Пожељна оријентација и растојање за одговор егоцентричних граничних ћелија (ЕБЦ).
Објашњења за слику бр. 2:a — егоцентричне граничне карте за четири истовремено испитивана ЕБЦ-а са различитим преферираним оријентацијама наведеним изнад сваког графикона;
b - положај тетрода у складу са ћелијама из КСНУМКС (бројеви означавају број тетроде);
с — расподела вероватноће пожељних оријентација за све ЕБЦ једног пацова;
d — расподела вероватноће пожељних оријентација за ЕБЦ свих пацова;
е — позиције тетроде за ћелије приказане у 2f;
f - егоцентричне граничне карте за шест истовремено снимљених ЕБЦ са различитим преферираним растојањима наведеним изнад сваког графикона;
g — расподела вероватноће префериране удаљености за све ЕБЦ једног пацова;
h — расподела вероватноће префериране удаљености за ЕБЦ свих пацова;
i је поларни дијаграм жељене удаљености и жељене оријентације за све ЕБЦ, са величином простора представљеном бојом и пречником тачака.
Дистрибуција жељене удаљености до границе садржала је три врха: 6.4, 13.5 и 25.6 цм, што указује на присуство три различите префериране удаљености између ЕБЦ (2f-2h), што може бити важно за хијерархијску стратегију навигационог претраживања. Величина ЕБЦ пријемних поља се повећала као функција жељене удаљености (2i), што указује да се тачност егоцентричне репрезентације граница повећава са смањењем удаљености између зида и експерименталног субјекта.
И преферираној оријентацији и удаљености недостајала је јасна топографија, пошто су се активни ЕБЦ субјекта са различитим оријентацијама и растојањима у односу на зид појавили на истој тетроди (2a, 2b, 2e и 2f).
Такође је откривено да ЕБЦ доследно реагују на границе простора (зидове коморе) у било којој верзији тест комора. Да би потврдили да ЕБЦ реагују на локалне границе коморе, а не на њене дисталне карактеристике, научници су "ротирали" положај камере за 45° и учинили неколико зидова црним, чинећи га другачијим од оног који је коришћен у претходним тестовима.
Подаци су прикупљани како у нормалној испитној комори тако иу ротираној. Упркос промени у комори за тестирање, све префериране оријентације и растојања у односу на зидове испитаника ЕБЦ теста су остале исте.
С обзиром на важност углова, разматрана је и могућност да ЕБЦ јединствено кодирају ове локалне атрибуте животне средине. Изолујући разлику између одговора близу углова и одговора близу средине зида, идентификовали смо подскуп ЕБЦ ћелија (н = 16; 9,4%) које показују повећан одговор на углове.
Дакле, можемо донети средњи закључак да ЕБЦ ћелије добро реагују на периметар коморе, односно на зидове испитне коморе и њене углове.
Затим су научници тестирали да ли је одговор ЕБЦ ћелија на отворени простор (тест арена без лавиринта, тј. само 4 зида) исти за различите верзије простора за тестирање. Изведене су 3 вожње, у свакој од којих се дужина зидова разликовала од претходних за 50 цм.
Без обзира на величину коморе за тестирање, ЕБЦ су реаговали на њене границе на истој удаљености и оријентацији у односу на испитаног субјекта. Ово указује да се одговор не мења са величином животне средине.
Слика #3: Стабилан одговор ЕБЦ ћелија на просторне границе.
Објашњења за слику бр. 3:а — егоцентричне ЕБЦ карте у нормалним условима (лево) и када је испитна комора ротирана за 45° (десно);
b — егоцентричне ЕБЦ карте за камеру димензија 1.25 к 1.25 м (лево) и за увећану камеру 1.75 к 1.75 м (десно);
с — егоцентричне ЕБЦ карте са правилним црним зидовима коморе (лево) и са зидовима са шарама (десно);
d-f — графикони жељене удаљености (горе) и промене у жељеној оријентацији у односу на основну линију (доле).
Пошто стриатум прима информације о окружењу из неколико области визуелног кортекса мозга, научници су такође тестирали да ли изглед зидова утиче на (КСНУМКСс) коморе на одговор ЕБЦ ћелија.
Промена изгледа граница простора није утицала на реакцију ЕБЦ ћелија нити на растојање и оријентацију потребне за реакцију у односу на експерименталног субјекта.
Слика #4: Конзистентност одговора ЕБЦ ћелија без обзира на окружење.
Објашњења за слику бр. 4:а — егоцентричне карте за ЕБЦ у познатим (лево) и новим (десно) окружењима;
b — егоцентричне карте за ЕБЦ, добијене у истом окружењу, али са временским интервалом;
с — графикони жељене удаљености (горе) и промене у жељеној оријентацији у односу на основну линију (доле) за нова (непозната) окружења;
d — графикони жељене удаљености (горе) и промене у жељеној оријентацији у односу на основну линију (доле) за претходно проучавана (позната) окружења.
Такође је утврђено да се одговор ЕБЦ ћелија, као и потребна оријентација и растојање у односу на експерименталног субјекта, не мењају током времена.
Међутим, овај "темпирани" тест је спроведен у истој испитној комори. Такође је било потребно проверити каква је разлика између одговора ЕБЦ-а на познате услове и на нове. Да би се то урадило, спроведено је неколико серија када су пацови проучавали комору коју су већ познавали из претходних тестова, а затим нове коморе са отвореним простором.
Као што сте можда претпоставили, одговор ЕБЦ ћелије + жељена оријентација/удаљеност остали су непромењени у новим коморама (4a, 4c).
Дакле, ЕБЦ одговор обезбеђује стабилну репрезентацију граница окружења у односу на испитаног субјекта у свим типовима тог окружења, без обзира на изглед зидова, површину испитне коморе, њено кретање и време. предмет провео у комори.
За детаљније упознавање са нијансама студије, препоручујем да погледате и њему.
Епилог
Научници су у овом раду успели да у пракси потврде теорију о егоцентричном представљању средине, што је изузетно важно за оријентацију у простору. Они су показали да између алоцентричне просторне репрезентације и стварне акције постоји средњи процес који укључује одређене ћелије у стриатуму, назване егоцентричне граничне ћелије (ЕБЦ). Такође је утврђено да су ЕБЦ-и више повезани са контролом кретања целог тела, а не само главе испитаника.
Ова студија је имала за циљ да утврди комплетан механизам оријентације у простору, све његове компоненте и варијабле. Овај рад ће, према научницима, додатно помоћи у побољшању навигационих технологија за аутономне аутомобиле и за роботе који ће моћи да разумеју простор око себе, баш као и ми. Истраживачи су изузетно задовољни резултатима свог рада, који дају разлог за наставак проучавања односа између појединих области мозга и начина на који се врши навигација у свемиру.
Хвала на читању, останите радознали и желим вам одличну недељу! 🙂
Хвала вам што сте остали са нама. Да ли вам се свиђају наши чланци? Желите да видите још занимљивијег садржаја? Подржите нас тако што ћете наручити или препоручити пријатељима, 30% попуста за кориснике Хабра на јединствени аналог сервера почетног нивоа, који смо ми измислили за вас: (доступно са РАИД1 и РАИД10, до 24 језгра и до 40 ГБ ДДР4).
Делл Р730кд 2 пута јефтинији? Само овде у Холандији! Делл Р420 - 2к Е5-2430 2.2Гхз 6Ц 128ГБ ДДР3 2к960ГБ ССД 1Гбпс 100ТБ - од 99 долара! Читали о
Извор: ввв.хабр.цом