การเคลื่อนไหวคือชีวิต วลีนี้สามารถตีความได้ทั้งเป็นแรงจูงใจในการก้าวไปข้างหน้า ไม่หยุดนิ่งและบรรลุสิ่งที่คุณต้องการ และเป็นคำแถลงข้อเท็จจริงที่ว่าสิ่งมีชีวิตเกือบทุกชนิดเคลื่อนไหวเกือบทั้งชีวิต เพื่อให้แน่ใจว่าการเคลื่อนไหวและการเคลื่อนไหวของเราในอวกาศจะไม่จบลงด้วยการกระแทกที่หน้าผากและนิ้วก้อยหักที่ขาของเราในแต่ละครั้ง สมองของเราจะใช้ "แผนที่" ของสภาพแวดล้อมที่บันทึกไว้ซึ่งจะปรากฏขึ้นโดยไม่รู้ตัวในขณะที่เราเคลื่อนไหว . อย่างไรก็ตามมีความเห็นว่าสมองไม่ได้ใช้การ์ดเหล่านี้จากภายนอก แต่โดยการวางบุคคลบนการ์ดใบนี้และรวบรวมข้อมูลเมื่อดูจากคนแรก นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยบอสตันตัดสินใจพิสูจน์ทฤษฎีนี้โดยทำการทดลองจริงกับหนูทดลอง สมองนำทางในอวกาศได้อย่างไร เซลล์ใดบ้างที่เกี่ยวข้อง และงานวิจัยนี้มีบทบาทอย่างไรต่ออนาคตของรถยนต์และหุ่นยนต์อัตโนมัติ เราเรียนรู้เกี่ยวกับเรื่องนี้จากรายงานของกลุ่มวิจัย ไป.
พื้นฐานการวิจัย
ดังนั้น ความจริงที่เกิดขึ้นเมื่อหลายปีก่อนก็คือ ส่วนหลักของสมองที่รับผิดชอบการปฐมนิเทศในอวกาศคือส่วนฮิปโปแคมปัส
ฮิปโปแคมปัสมีส่วนร่วมในกระบวนการต่างๆ มากมาย: การก่อตัวของอารมณ์ การเปลี่ยนแปลงของความจำระยะสั้นเป็นความจำระยะยาว และการก่อตัวของความจำเชิงพื้นที่ ซึ่งเป็นแหล่งที่มาของ "แผนที่" ที่สมองของเราเรียกในเวลาที่เหมาะสมเพื่อการวางแนวที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในอวกาศ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ฮิปโปแคมปัสจัดเก็บแบบจำลองประสาทสามมิติของพื้นที่ภายในซึ่งเป็นที่ตั้งของเจ้าของสมอง
ฮิปโปแคมปัส
มีทฤษฎีที่ระบุว่ามีขั้นตอนตรงกลางระหว่างการนำทางจริงและแผนที่จากฮิปโปแคมปัส นั่นคือการแปลงแผนที่เหล่านี้เป็นมุมมองบุคคลที่หนึ่ง นั่นคือคนพยายามที่จะเข้าใจว่าบางสิ่งบางอย่างไม่ได้อยู่ที่ใด (อย่างที่เราเห็นบนแผนที่จริง) แต่จะมีบางสิ่งที่สัมพันธ์กับเขา (เช่นฟังก์ชั่น "มุมมองถนน" ใน Google Maps)
ผู้เขียนงานที่เรากำลังพิจารณาเน้นสิ่งต่อไปนี้: แผนที่ความรู้ความเข้าใจของสภาพแวดล้อมถูกเข้ารหัสในการก่อตัวของฮิปโปแคมปัสในระบบ allocentric แต่ทักษะยนต์ (การเคลื่อนไหวเอง) จะแสดงในระบบอัตตา
UFO: Enemy Unknown (ระบบ allocentric) และ DOOM (ระบบ egocentric)
ความแตกต่างระหว่างระบบ allocentric และ egocentric เหมือนกับความแตกต่างระหว่างเกมบุคคลที่สาม (หรือมุมมองด้านข้าง มุมมองด้านบน ฯลฯ) และเกมมุมมองบุคคลที่หนึ่ง ในกรณีแรก สภาพแวดล้อมนั้นมีความสำคัญต่อเรา ในกรณีที่สอง สถานะของเราที่เกี่ยวข้องกับสภาพแวดล้อมนี้ ดังนั้น แผนการนำทางแบบรวมศูนย์กลางจะต้องถูกแปลงเป็นระบบที่มีอัตตาเป็นศูนย์กลางเพื่อการใช้งานจริง เช่น การเคลื่อนไหวในอวกาศ
นักวิจัยเชื่อว่ามันคือส่วนหลัง สไตรตัม (DMS)* มีบทบาทสำคัญในกระบวนการข้างต้น
striatum ของสมองมนุษย์
สเตรตัม* - ส่วนหนึ่งของสมองที่เป็นของปมประสาทฐาน striatum มีส่วนร่วมในการควบคุมกล้ามเนื้ออวัยวะภายในและการตอบสนองทางพฤติกรรม striatum เรียกอีกอย่างว่า "striatum" เนื่องจากมีโครงสร้างของสสารสีเทาและสีขาวสลับกัน
DMS แสดงให้เห็นถึงการตอบสนองของระบบประสาทที่เกี่ยวข้องกับการตัดสินใจและการกระทำที่เกี่ยวข้องกับการนำทางเชิงพื้นที่ ดังนั้นควรศึกษาส่วนนี้ของสมองโดยละเอียด
ผลการศึกษา
เพื่อระบุการมีอยู่/ไม่มีของข้อมูลเชิงพื้นที่ที่มีตัวตนเป็นศูนย์กลางใน striatum (DMS) หนูตัวผู้ 4 ตัวถูกฝังด้วย tetrodes มากถึง 16 ตัว (อิเล็กโทรดพิเศษที่เชื่อมต่อกับบริเวณที่ต้องการของสมอง) โดยกำหนดเป้าหมาย DMS (1a).
รูปภาพ #1: การตอบสนองของเซลล์ในครรภ์ต่อขอบเขตของสิ่งแวดล้อมในกรอบอ้างอิงที่มีอัตตาเป็นศูนย์กลาง
คำอธิบายสำหรับรูปภาพ #1:а - จุดที่ตั้งของ tetrodes
b - แผนที่ขอบเขตของอัตตา
с — แผนที่เชิงพื้นที่แบบ allocentric (4 ช่องด้านซ้าย) แผนภาพเส้นทางการเคลื่อนที่ด้วยรหัสสีของตำแหน่งจุดสูงสุดของการตอบสนองของเซลล์ที่สัมพันธ์กับตำแหน่งของร่างกาย และแผนที่ egocentric (4 ช่องด้านขวา) ตามการตอบสนองของเซลล์ EBC ที่ทิศทางต่างๆ และ ระยะห่างระหว่างหนูกับผนัง
d - ลูกชาย 1sแต่สำหรับ EBC ที่มีระยะห่างจากสัตว์ที่ต้องการ
e - ลูกชาย 1sแต่สำหรับ EBC ผกผันสองตัว;
f — การกระจายของความยาวผลลัพธ์เฉลี่ยสำหรับเซลล์ที่สังเกตได้
g - การกระจายของความยาวผลลัพธ์เฉลี่ยสำหรับ EBC โดยใช้ทิศทางการเคลื่อนไหวและทิศทางของศีรษะ
h — การกระจายการตอบสนองเฉลี่ยของเซลล์ (รวมและ EBC)
ทำการทดลองสี่สิบสี่ครั้งเมื่อหนูเก็บอาหารที่กระจัดกระจายแบบสุ่มในพื้นที่ที่พวกมันคุ้นเคย (เปิด ไม่ใช่ในเขาวงกต) เป็นผลให้มีการบันทึก 44 เซลล์ จากข้อมูลที่รวบรวม การมีเซลล์ทิศทางศีรษะ (HDC) 939 เซลล์ถูกสร้างขึ้น อย่างไรก็ตาม มีเพียงส่วนเล็กๆ ของเซลล์ และแม่นยำกว่า 31 เซลล์เท่านั้นที่มีความสัมพันธ์เชิงพื้นที่แบบ allocentric ในเวลาเดียวกันกิจกรรมของเซลล์เหล่านี้ซึ่งถูก จำกัด โดยขอบเขตของสิ่งแวดล้อมนั้นถูกสังเกตได้เฉพาะในระหว่างการเคลื่อนไหวของหนูไปตามผนังห้องทดสอบซึ่งแสดงให้เห็นรูปแบบที่เห็นแก่ตัวในการเข้ารหัสขอบเขตของพื้นที่
เพื่อประเมินความเป็นไปได้ของการเป็นตัวแทนที่มีอัตตาเป็นศูนย์กลาง ตามตัวบ่งชี้กิจกรรมของเซลล์สูงสุด แผนที่ขอบเขตที่อัตตาเป็นศูนย์กลางถูกสร้างขึ้น (1b) ซึ่งแสดงการวางแนวและระยะห่างของเส้นขอบที่สัมพันธ์กับทิศทางการเคลื่อนที่ของหนู ไม่ใช่ตำแหน่งของหัวของมัน (เปรียบเทียบกับ 1g).
18% ของเซลล์ที่จับได้ (171 จาก 939) แสดงการตอบสนองที่สำคัญเมื่อขอบเขตของห้องเพาะเลี้ยงอยู่ในตำแหน่งและทิศทางที่แน่นอนเมื่อเทียบกับวัตถุ (1f). นักวิทยาศาสตร์เรียกเซลล์เหล่านี้ว่า egocentric border cells (EBCs) เซลล์ขอบเขต egocentric). จำนวนเซลล์ดังกล่าวในอาสาสมัครทดลองอยู่ระหว่าง 15 ถึง 70 โดยมีค่าเฉลี่ย 42.75 (1c, 1d).
ในบรรดาเซลล์ของขอบเขตที่อัตตาเป็นศูนย์กลางนั้น มีเซลล์ที่กิจกรรมลดลงตามขอบเขตของห้อง มีทั้งหมด 49 รายการ และเรียกว่า EBC แบบผกผัน (iEBCs) ดัชนีเฉลี่ยของการตอบสนองของเซลล์ (ศักยภาพในการดำเนินการ) ใน EBC และ iEBC ค่อนข้างต่ำ - 1,26 ± 0,09 Hz (1h).
ประชากรเซลล์ EBC ตอบสนองต่อการวางแนวและตำแหน่งของขอบเขตห้องเพาะเลี้ยงที่สัมพันธ์กับวัตถุ แต่การกระจายของการวางแนวที่ต้องการเป็นแบบ bimodal โดยมียอดอยู่ที่ 180° ตรงข้ามกันที่ด้านใดด้านหนึ่งของสัตว์ (-68° และ 112°) หักล้างเล็กน้อยจากแนวตั้งฉากกับแกนยาวของสัตว์ 22° (2d).
รูปภาพ #2: การวางแนวและระยะห่างที่ต้องการสำหรับการตอบสนองของเซลล์ขอบเขตที่เป็นศูนย์กลาง (EBC)
คำอธิบายสำหรับรูปภาพ #2:a - แผนที่ขอบเขต egocentric สำหรับ EBCs ที่ศึกษาพร้อมกันสี่รายการพร้อมการวางแนวที่ต้องการที่แตกต่างกันซึ่งระบุไว้เหนือแต่ละกราฟ
b - ตำแหน่งของ tetrodes ตามเซลล์จาก 2a (ตัวเลขระบุหมายเลข tetrode);
с — การกระจายความน่าจะเป็นของทิศทางที่ต้องการสำหรับ EBC ทั้งหมดของหนูหนึ่งตัว
d — การแจกแจงความน่าจะเป็นของทิศทางที่ต้องการสำหรับ EBC ของหนูทุกตัว
е - ตำแหน่งของ tetrodes ของเซลล์ที่แสดง 2f;
f — แผนที่ขอบเขต egocentric สำหรับ EBC ที่บันทึกพร้อมกันหกรายการพร้อมระยะทางที่ต้องการต่างกันซึ่งระบุไว้เหนือแต่ละกราฟ
g คือการแจกแจงความน่าจะเป็นของระยะทางที่ต้องการสำหรับ EBC ทั้งหมดของหนูหนึ่งตัว
h คือการแจกแจงความน่าจะเป็นของระยะทางที่ต้องการสำหรับ EBC ของหนูทุกตัว
i - พล็อตขั้วของระยะทางที่ต้องการและการวางแนวที่ต้องการสำหรับ EBC ทั้งหมดที่มีขนาดพื้นที่แสดงด้วยสีและเส้นผ่านศูนย์กลางของจุด
การกระจายของระยะทางที่ต้องการไปยังขอบเขตมีสามยอด: 6.4, 13.5 และ 25.6 ซม. ซึ่งบ่งชี้ว่ามีระยะห่างที่ต้องการที่แตกต่างกันสามระยะระหว่าง EBCs (2f-2h) ที่อาจมีความสำคัญสำหรับกลยุทธ์การค้นหาการนำทางตามลำดับชั้น ขนาดของช่องรับสัญญาณ EBC เพิ่มขึ้นตามระยะทางที่ต้องการ (2i) บ่งชี้ถึงความแม่นยำที่เพิ่มขึ้นของการแสดงขอบเขตที่มีอัตตาเป็นศูนย์กลางเมื่อระยะห่างระหว่างกำแพงกับวัตถุลดลง
ไม่มีภูมิประเทศที่ชัดเจนทั้งการวางแนวที่ต้องการและระยะทาง เนื่องจาก EBCs ที่ใช้งานอยู่ของวัตถุซึ่งมีการวางแนวและระยะห่างจากผนังต่างกันปรากฏบนเทโทรดเดียวกัน (2a, 2b, 2e и 2f).
นอกจากนี้ยังพบว่า EBC ตอบสนองต่อขอบเขตของพื้นที่ (ผนังห้อง) ในห้องทดสอบใด ๆ ได้อย่างเสถียร เพื่อยืนยันว่า EBCs ตอบสนองต่อขอบเขตเฉพาะของห้องมากกว่าลักษณะที่อยู่ไกลออกไป นักวิทยาศาสตร์ได้ "หมุน" ตำแหน่งกล้องไป 45° และทำให้ผนังหลายจุดเป็นสีดำ ทำให้แตกต่างจากที่ใช้ในการทดสอบครั้งก่อน
ข้อมูลถูกรวบรวมทั้งในห้องทดสอบทั่วไปและในห้องหมุน แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงในห้องทดสอบ ทิศทางและระยะห่างที่ต้องการทั้งหมดเมื่อเทียบกับผนังของผู้ทดสอบ EBC ยังคงเหมือนเดิม
เมื่อพิจารณาถึงความสำคัญของมุม ความเป็นไปได้ที่ EBC จะเข้ารหัสแอตทริบิวต์ด้านสิ่งแวดล้อมในท้องถิ่นเหล่านี้โดยไม่ซ้ำกันก็ได้รับการพิจารณาเช่นกัน ด้วยการแยกความแตกต่างระหว่างการตอบสนองใกล้กับมุมและการตอบสนองใกล้กับกึ่งกลางของผนัง พบว่ามีชุดย่อยของเซลล์ EBC (n = 16; 9,4%) ซึ่งแสดงการตอบสนองที่เพิ่มขึ้นต่อมุม
ดังนั้นเราจึงสามารถสรุปได้ในระดับกลางว่าเซลล์ EBC นั้นตอบสนองได้อย่างสมบูรณ์แบบต่อขอบเขตของห้อง นั่นคือ ไปยังผนังของห้องทดสอบและไปยังมุมต่างๆ
จากนั้น นักวิทยาศาสตร์ได้ทดสอบว่าการตอบสนองของเซลล์ EBC ต่อพื้นที่เปิดโล่ง (เวทีทดสอบที่ไม่มีเขาวงกต เช่น ผนังเพียง 4 ด้าน) จะเหมือนกันสำหรับห้องทดสอบขนาดต่างๆ หรือไม่ มีการเยี่ยมชมสามครั้งซึ่งแต่ละครั้งความยาวของผนังแตกต่างจากครั้งก่อน 3 ซม.
โดยไม่คำนึงถึงขนาดของห้องทดสอบ EBC ตอบสนองต่อขอบเขตของมันในระยะห่างและทิศทางเดียวกันโดยสัมพันธ์กับวัตถุทดสอบ สิ่งนี้บ่งชี้ว่าการตอบสนองไม่ได้ปรับขนาดตามขนาดของสภาพแวดล้อม
รูปภาพ #3: การตอบสนองที่เสถียรของเซลล์ EBC ต่อขอบเขตของพื้นที่
คำอธิบายสำหรับรูปภาพ #3:а — แผนที่ EBC ที่คำนึงถึงตัวเองเป็นศูนย์กลางภายใต้สภาวะปกติ (ซ้าย) และเมื่อห้องทดสอบหมุน 45° (ขวา)
b — แผนที่ EBC ที่คำนึงถึงตัวเองเป็นศูนย์กลางสำหรับห้องขนาด 1.25 x 1.25 ม. (ซ้าย) และสำหรับห้องขยายขนาด 1.75 x 1.75 ม. (ขวา)
с — แผนที่ EBC ที่เน้นอัตตากับผนังห้องสีดำธรรมดา (ซ้าย) และผนังที่มีลวดลาย (ขวา)
d-f - กราฟของระยะทางที่ต้องการ (บนสุด) และการเปลี่ยนแปลงในแนวที่ต้องการเมื่อเทียบกับเส้นฐาน (ล่าง)
เนื่องจาก striatum ได้รับข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อมจากส่วนต่าง ๆ ของคอร์เท็กซ์การมองเห็น นักวิทยาศาสตร์ยังได้ทดสอบว่าลักษณะที่ปรากฏของผนังได้รับผลกระทบหรือไม่ (3s) ห้องสำหรับปฏิกิริยาของเซลล์ EBC
การเปลี่ยนรูปลักษณ์ของขอบเขตของอวกาศไม่มีผลต่อปฏิกิริยาของเซลล์ EBC และระยะทางและทิศทางที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาที่สัมพันธ์กับวัตถุ
ภาพ #4: ความเสถียรของการตอบสนองของเซลล์ EBC โดยไม่คำนึงถึงสภาพแวดล้อม
คำอธิบายสำหรับรูปภาพ #4:а — แผนที่ egocentric สำหรับ EBC ในสภาพแวดล้อมที่คุ้นเคย (ซ้าย) และใหม่ (ขวา)
b - แผนที่ egocentric สำหรับ EBC ที่ได้รับในสภาพแวดล้อมเดียวกัน แต่มีช่วงเวลา
с - กราฟระยะทางที่ต้องการ (บนสุด) และการเปลี่ยนแนวที่ต้องการเมื่อเทียบกับเส้นฐาน (ล่างสุด) สำหรับสภาพแวดล้อมใหม่ (ที่ไม่คุ้นเคย)
d - กราฟของระยะทางที่ต้องการ (บนสุด) และการเปลี่ยนแปลงในแนวที่ต้องการเมื่อเทียบกับเส้นฐาน (ล่าง) สำหรับสภาพแวดล้อมที่ศึกษาก่อนหน้านี้ (คุ้นเคย)
นอกจากนี้ยังพบว่าการตอบสนองของเซลล์ EBC เช่นเดียวกับการวางแนวและระยะห่างที่จำเป็นต่อวัตถุไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป
อย่างไรก็ตาม การทดสอบ "ชั่วคราว" นี้ดำเนินการในห้องทดสอบเดียวกัน นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องตรวจสอบว่าอะไรคือความแตกต่างระหว่างปฏิกิริยาของ EBC กับเงื่อนไขที่ทราบและกับเงื่อนไขใหม่ ในการทำเช่นนี้ มีการเยี่ยมชมหลายครั้ง เมื่อหนูศึกษาห้องซึ่งพวกมันรู้อยู่แล้วจากการทดสอบครั้งก่อน จากนั้นจึงสำรวจห้องใหม่ที่มีพื้นที่เปิดโล่ง
อย่างที่คุณเดาได้ การตอบสนองของเซลล์ EBC + การวางแนว/ระยะทางที่ต้องการยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในห้องใหม่ (4a, 4c).
ดังนั้น ปฏิกิริยา EBC จึงให้การแสดงขอบเขตของสภาพแวดล้อมที่คงที่เมื่อเทียบกับวัตถุทดสอบในสภาพแวดล้อมทุกประเภท โดยไม่คำนึงถึงลักษณะของผนัง พื้นที่ของห้องทดสอบ การเคลื่อนไหว และ เวลาที่ผู้รับการทดสอบใช้ในห้องทดลอง
สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับความแตกต่างของการศึกษาฉันขอแนะนำให้ดู и ให้เขา.
ถ้อยคำส
ในงานนี้นักวิทยาศาสตร์สามารถยืนยันทฤษฎีการเป็นตัวแทนของสิ่งแวดล้อมซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการวางแนวในอวกาศในทางปฏิบัติ พวกเขาพิสูจน์ว่ามีกระบวนการขั้นกลางระหว่างการแสดงเชิงพื้นที่แบบ allocentric และการกระทำจริง ซึ่งเซลล์บางส่วนของ striatum ที่เรียกว่า egocentric border cells (EBCs) มีส่วนร่วม นอกจากนี้ยังพบว่า EBCs เกี่ยวข้องกับการควบคุมการเคลื่อนไหวของร่างกายทั้งหมดมากกว่า ไม่ใช่เฉพาะส่วนหัวของอาสาสมัครเท่านั้น
การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อกำหนดกลไกการวางแนวที่สมบูรณ์ในอวกาศ ส่วนประกอบและตัวแปรทั้งหมด นักวิทยาศาสตร์กล่าวว่างานนี้จะช่วยปรับปรุงเทคโนโลยีการนำทางสำหรับรถยนต์ไร้คนขับและสำหรับหุ่นยนต์ที่สามารถเข้าใจพื้นที่รอบตัวได้เช่นเดียวกับที่เราทำ นักวิจัยรู้สึกตื่นเต้นอย่างมากกับผลงานของพวกเขา ซึ่งให้เหตุผลในการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างพื้นที่บางส่วนของสมองและวิธีการสำรวจอวกาศต่อไป
ขอบคุณสำหรับความสนใจ อยากรู้อยากเห็นและมีสัปดาห์ที่ดีทุกคน! 🙂
ขอบคุณที่อยู่กับเรา คุณชอบบทความของเราหรือไม่? ต้องการดูเนื้อหาที่น่าสนใจเพิ่มเติมหรือไม่ สนับสนุนเราโดยการสั่งซื้อหรือแนะนำให้เพื่อน ส่วนลด 30% สำหรับผู้ใช้ Habr ในอะนาล็อกที่ไม่ซ้ำใครของเซิร์ฟเวอร์ระดับเริ่มต้น ซึ่งเราคิดค้นขึ้นเพื่อคุณ: (ใช้ได้กับ RAID1 และ RAID10 สูงสุด 24 คอร์ และสูงสุด 40GB DDR4)
Dell R730xd ถูกกว่า 2 เท่า? ที่นี่ที่เดียวเท่านั้น ในเนเธอร์แลนด์! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - จาก $99! อ่านเกี่ยวกับ
ที่มา: will.com