Ang paggalaw ay buhay. Ang pariralang ito ay maaaring bigyang-kahulugan bilang isang pagganyak na sumulong, hindi upang tumayo nang tahimik at makamit ang gusto mo, at bilang isang pahayag ng katotohanan na halos lahat ng nabubuhay na nilalang ay kumikilos sa halos lahat ng kanilang buhay. Upang matiyak na ang ating mga galaw at galaw sa kalawakan ay hindi nagtatapos sa mga bukol sa ating mga noo at mga sirang maliit na daliri sa ating mga binti sa bawat pagkakataon, ginagamit ng ating utak ang mga naka-save na "mapa" ng kapaligiran na hindi sinasadyang lumalabas sa sandali ng ating paggalaw. . Gayunpaman, mayroong isang opinyon na ang utak ay hindi nag-aaplay ng mga card na ito mula sa labas, wika nga, ngunit sa pamamagitan ng paglalagay ng isang tao sa card na ito at pagkolekta ng data kapag tiningnan mula sa unang tao. Nagpasya ang mga siyentipiko mula sa Boston University na patunayan ang teoryang ito sa pamamagitan ng pagsasagawa ng isang serye ng mga praktikal na eksperimento sa mga daga sa laboratoryo. Paano aktwal na nag-navigate ang utak sa kalawakan, kung aling mga cell ang kasangkot, at anong papel ang ginagampanan ng pananaliksik na ito para sa kinabukasan ng mga autonomous na kotse at robot? Nalaman namin ang tungkol dito mula sa ulat ng pangkat ng pananaliksik. Pumunta ka.
Batayan sa pananaliksik
Kaya, ang katotohanang itinatag maraming taon na ang nakalilipas ay ang pangunahing bahagi ng utak na responsable para sa oryentasyon sa espasyo ay ang hippocampus.
Ang hippocampus ay kasangkot sa iba't ibang mga proseso: ang pagbuo ng mga emosyon, ang pagbabago ng panandaliang memorya sa pangmatagalang memorya, at ang pagbuo ng spatial memory. Ang huli ay ang pinagmulan ng mismong "mga mapa" na tinatawag ng ating utak sa tamang sandali para sa mas mahusay na oryentasyon sa kalawakan. Sa madaling salita, ang hippocampus ay nag-iimbak ng mga three-dimensional na neural na modelo ng espasyo sa loob kung saan matatagpuan ang may-ari ng utak.
Hippocampus
Mayroong isang teorya na nagsasaad na mayroong isang intermediate na hakbang sa pagitan ng aktwal na pag-navigate at mga mapa mula sa hippocampus - ang pagbabago ng mga mapang ito sa isang first-person view. Iyon ay, sinusubukan ng isang tao na maunawaan kung saan matatagpuan ang isang bagay na hindi sa lahat (tulad ng nakikita natin sa mga totoong mapa), ngunit kung saan matatagpuan ang isang bagay na may kaugnayan sa kanya (tulad ng function na "view ng kalye" sa Google Maps).
Ang mga may-akda ng gawaing isinasaalang-alang namin ay nagbibigay-diin sa mga sumusunod: Ang mga cognitive na mapa ng kapaligiran ay naka-encode sa hippocampal formation sa allocentric system, ngunit ang mga kasanayan sa motor (ang mga paggalaw mismo) ay kinakatawan sa egocentric system.
UFO: Enemy Unknown (allocentric system) at DOOM (egocentric system).
Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga allocentric at egocentric na system ay tulad ng pagkakaiba sa pagitan ng mga larong pangatlong tao (o view sa gilid, view sa itaas, atbp.) at mga laro ng unang tao. Sa unang kaso, ang kapaligiran mismo ay mahalaga para sa atin, sa pangalawa, ang ating posisyon kaugnay sa kapaligirang ito. Kaya, ang mga allocentric navigational plan ay dapat i-convert sa isang egocentric system para sa aktwal na pagpapatupad, i.e. paggalaw sa kalawakan.
Naniniwala ang mga mananaliksik na ito ay ang dorsomedial striatum (DMS)* gumaganap ng mahalagang papel sa proseso sa itaas.
Ang striatum ng utak ng tao.
Striatum* - bahagi ng utak na kabilang sa basal ganglia; ang striatum ay kasangkot sa regulasyon ng tono ng kalamnan, mga panloob na organo at mga tugon sa pag-uugali; Ang striatum ay tinatawag ding "striatum" dahil sa istruktura nito ng mga alternating band ng gray at white matter.
Ang DMS ay nagpapakita ng mga neural na tugon na nauugnay sa paggawa ng desisyon at pagkilos na may kaugnayan sa spatial navigation, kaya ang rehiyong ito ng utak ay dapat na pag-aralan nang mas detalyado.
Mga resulta ng pananaliksik
Upang matukoy ang pagkakaroon / kawalan ng egocentric spatial na impormasyon sa striatum (DMS), 4 na lalaking daga ang itinanim na may hanggang 16 na tetrodes (mga espesyal na electrodes na konektado sa nais na mga lugar ng utak) na nagta-target sa DMS (1).
Larawan #1: Striatal cell na tugon sa mga hangganan ng kapaligiran sa isang egocentric na frame ng sanggunian.
Mga paliwanag para sa larawan #1:а - mga punto ng lokasyon ng tetrodes;
b - egocentric na mapa ng mga hangganan;
с — allocentric spatial maps (4 na parisukat sa kaliwa), color-coded trajectory plots ng mga lokasyon ng cell response peak na may kaugnayan sa posisyon ng katawan, at egocentric na mga mapa (4 na parisukat sa kanan) batay sa tugon ng EBC cells sa iba't ibang oryentasyon at mga distansya sa pagitan ng daga at pader;
d - tulad ng sa 1s, ngunit para sa EBC na may gustong mga distansya mula sa hayop;
e - tulad ng sa 1s, ngunit para sa dalawang kabaligtaran na EBC;
f — pamamahagi ng average na nagreresultang haba para sa mga naobserbahang cell;
g - ang pamamahagi ng average na nagreresultang haba para sa EBC gamit ang direksyon ng paggalaw at direksyon ng ulo;
h — pamamahagi ng average na tugon ng mga cell (kabuuan at EBC).
Apatnapu't apat na mga eksperimento ang isinagawa, nang ang mga daga ay nagkolekta ng random na nakakalat na pagkain sa isang puwang na pamilyar sa kanila (bukas, hindi sa isang maze). Bilang resulta, 44 na mga cell ang naitala. Mula sa nakolektang data, ang pagkakaroon ng 939 head direction cells (HDCs) ay itinatag, gayunpaman, isang maliit na bahagi lamang ng mga cell, at mas tiyak na 31, ay mayroong allocentric spatial correlates. Kasabay nito, ang aktibidad ng mga cell na ito, na limitado ng perimeter ng kapaligiran, ay sinusunod lamang sa panahon ng paggalaw ng daga sa mga dingding ng silid ng pagsubok, na nagmumungkahi ng isang egocentric na pamamaraan para sa pag-encode ng mga hangganan ng espasyo.
Upang masuri ang mga posibilidad ng gayong egocentric na representasyon, batay sa mga peak cell activity indicator, nilikha ang mga egocentric na mga mapa ng hangganan (1b), na naglalarawan ng oryentasyon at distansya ng mga hangganan na nauugnay sa direksyon ng paggalaw ng daga, at hindi ang posisyon ng ulo nito (paghahambing sa 1g).
18% ng mga nakunan na mga cell (171 sa 939) ay nagpakita ng isang makabuluhang tugon kapag ang hangganan ng silid ay sumasakop sa isang tiyak na posisyon at oryentasyon na may kaugnayan sa paksa (1f). Tinawag sila ng mga siyentipiko na egocentric boundary cells (EBCs). egocentric boundary cells). Ang bilang ng mga naturang cell sa mga eksperimentong paksa ay mula 15 hanggang 70 na may average na 42.75 (1c, 1d).
Kabilang sa mga cell ng egocentric na mga hangganan, mayroong mga nabawasan ang aktibidad bilang tugon sa mga hangganan ng kamara. Mayroong 49 sa kabuuan at tinawag silang inverse EBCs (iEBCs). Ang average na index ng tugon ng cell (ang kanilang potensyal na pagkilos) sa EBC at iEBC ay medyo mababa - 1,26 ± 0,09 Hz (1h).
Ang populasyon ng EBC cell ay tumutugon sa lahat ng mga oryentasyon at posisyon ng hangganan ng silid na may kaugnayan sa paksa, ngunit ang pamamahagi ng ginustong oryentasyon ay bimodal na may mga taluktok na matatagpuan 180° sa tapat ng bawat isa sa magkabilang panig ng hayop (-68° at 112°), bahagyang na-offset mula patayo sa mahabang axis ng hayop ng 22° (2d).
Larawan #2: Mas gustong oryentasyon at espasyo para sa egocentric boundary cell (EBC) na tugon.
Mga paliwanag para sa larawan #2:a - egocentric na mga mapa ng hangganan para sa apat na sabay-sabay na pinag-aralan na EBC na may iba't ibang gustong oryentasyon na nakasaad sa itaas ng bawat graph;
b - ang posisyon ng mga tetrodes alinsunod sa mga cell mula sa 2 (ang mga numero ay nagpapahiwatig ng numero ng tetrode);
с — probabilidad na pamamahagi ng mga gustong oryentasyon para sa lahat ng EBC ng isang daga;
d — probability distribution ng gustong oryentasyon para sa EBC ng lahat ng daga;
е - ang posisyon ng mga tetrode para sa mga cell na ipinapakita sa 2f;
f — egocentric na mga boundary na mapa para sa anim na sabay-sabay na naitalang EBC na may iba't ibang gustong mga distansya na nakasaad sa itaas ng bawat plot;
g ay ang probability distribution ng ginustong distansya para sa lahat ng EBC ng isang daga;
h ay ang probability distribution ng ginustong distansya para sa EBC ng lahat ng daga;
i - polar plot ng gustong distansya at gustong oryentasyon para sa lahat ng EBC na may laki ng espasyo na kinakatawan ng kulay at diameter ng tuldok.
Ang pamamahagi ng ginustong distansya sa hangganan ay naglalaman ng tatlong mga taluktok: 6.4, 13.5 at 25.6 cm, na nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng tatlong magkakaibang ginustong distansya sa pagitan ng mga EBC (2f-2h) na maaaring mahalaga para sa isang hierarchical navigational na diskarte sa paghahanap. Ang laki ng mga field ng pagtanggap ng EBC ay tumaas sa ginustong distansya (2i), na nagpapahiwatig ng pagtaas sa katumpakan ng egocentric na representasyon ng mga hangganan habang bumababa ang distansya sa pagitan ng pader at ng paksa.
Walang malinaw na topograpiya sa parehong ginustong oryentasyon at distansya, dahil ang mga aktibong EBC ng paksa na may iba't ibang oryentasyon at distansya mula sa dingding ay lumitaw sa parehong tetrode (2a, 2b, 2e и 2f).
Napag-alaman din na ang EBC ay matatag na tumutugon sa mga hangganan ng espasyo (mga dingding ng silid) sa anumang mga silid ng pagsubok. Upang kumpirmahin na ang mga EBC ay tumutugon sa mga lokal na hangganan ng silid kaysa sa mga distal na tampok nito, ang mga siyentipiko ay "pinaikot" ang posisyon ng camera sa pamamagitan ng 45° at ginawang itim ang ilang mga pader, na ginagawa itong naiiba sa mga ginamit sa mga nakaraang pagsubok.
Ang data ay nakolekta pareho sa isang maginoo na silid ng pagsubok at sa isang pinaikot. Sa kabila ng pagbabago sa silid ng pagsubok, ang lahat ng ginustong oryentasyon at distansya na nauugnay sa mga dingding ng mga paksa ng pagsubok sa EBC ay nanatiling pareho.
Dahil sa kahalagahan ng mga anggulo, ang posibilidad na ang mga EBC ay natatanging naka-encode ng mga lokal na katangiang pangkapaligiran na ito ay isinasaalang-alang din. Sa pamamagitan ng paghihiwalay ng pagkakaiba sa pagitan ng tugon malapit sa mga sulok at ng tugon malapit sa gitna ng dingding, isang subset ng mga cell ng EBC (n = 16; 9,4%) ang nakilala na nagpapakita ng pagtaas ng tugon sa mga sulok.
Kaya, maaari tayong gumawa ng isang intermediate na konklusyon na ang mga cell ng EBC na perpektong tumugon sa perimeter ng silid, iyon ay, sa mga dingding ng silid ng pagsubok at sa mga sulok nito.
Susunod, sinubukan ng mga siyentipiko kung ang tugon ng mga EBC cell sa isang open space (isang test arena na walang maze, ibig sabihin, 4 na pader lang) ay pareho para sa iba't ibang laki ng test room. Tatlong pagbisita ang ginawa, sa bawat isa kung saan ang haba ng mga pader ay naiiba mula sa mga nauna sa pamamagitan ng 3 cm.
Anuman ang laki ng silid ng pagsubok, tumugon ang EBC sa mga hangganan nito sa parehong distansya at oryentasyon na nauugnay sa paksa ng pagsubok. Ito ay nagpapahiwatig na ang tugon ay hindi sukat sa laki ng kapaligiran.
Larawan #3: matatag na tugon ng mga EBC cell sa mga hangganan ng espasyo.
Mga paliwanag para sa larawan #3:а — mga mapa ng egocentric EBC sa ilalim ng normal na mga kondisyon (kaliwa) at kapag ang silid ng pagsubok ay pinaikot ng 45° (kanan);
b — egocentric EBC na mga mapa para sa isang silid na may sukat na 1.25 x 1.25 m (kaliwa) at para sa isang pinalaki na silid na 1.75 x 1.75 m (kanan);
с — egocentric na mga mapa ng EBC na may ordinaryong itim na mga dingding ng silid (kaliwa) at may pattern na mga dingding (kanan);
d-f - mga graph ng gustong distansya (itaas) at mga pagbabago sa gustong oryentasyon na nauugnay sa baseline (ibaba).
Dahil ang striatum ay tumatanggap ng impormasyon tungkol sa kapaligiran mula sa ilang mga lugar ng visual cortex, sinubukan din ng mga siyentipiko kung ang hitsura ng mga pader ay apektado (3s) mga silid para sa reaksyon ng mga selulang EBC.
Ang pagbabago ng hitsura ng mga hangganan ng espasyo ay walang epekto sa reaksyon ng mga selula ng EBC at ang distansya at oryentasyon na kinakailangan para sa reaksyon na may kaugnayan sa paksa.
Larawan #4: Stability ng EBC cell response anuman ang kapaligiran.
Mga paliwanag para sa larawan #4:а — egocentric na mga mapa para sa EBC sa pamilyar (kaliwa) at bagong (kanan) na mga kapaligiran;
b - egocentric na mga mapa para sa EBC na nakuha sa parehong kapaligiran, ngunit may agwat ng oras;
с - Mga graph ng gustong distansya (itaas) at pagbabago ng gustong oryentasyon na nauugnay sa baseline (ibaba) para sa mga bagong (hindi pamilyar) na kapaligiran;
d - mga graph ng gustong distansya (itaas) at ang pagbabago sa gustong oryentasyon na nauugnay sa baseline (ibaba) para sa mga naunang pinag-aralan (pamilyar) na kapaligiran.
Napag-alaman din na ang tugon ng mga cell ng EBC, pati na rin ang kinakailangang oryentasyon at distansya na nauugnay sa paksa, ay hindi nagbabago sa paglipas ng panahon.
Gayunpaman, ang "pansamantalang" pagsubok na ito ay isinagawa sa parehong silid ng pagsubok. Kinakailangan din na suriin kung ano ang pagkakaiba sa pagitan ng reaksyon ng EBC sa mga kilalang kondisyon at sa mga bago. Upang gawin ito, maraming mga pagbisita ang isinagawa, nang pinag-aralan ng mga daga ang silid, na alam na nila mula sa mga nakaraang pagsubok, at pagkatapos ay mga bagong silid na may bukas na espasyo.
Tulad ng nahulaan mo, ang tugon ng mga cell ng EBC + ninanais na oryentasyon/distansya ay nanatiling hindi nagbabago sa mga bagong silid (4a, 4c).
Kaya, ang reaksyon ng EBC ay nagbibigay ng isang matatag na representasyon ng mga hangganan ng kapaligiran na may kaugnayan sa paksa ng pagsubok sa lahat ng uri ng kapaligiran na ito, anuman ang hitsura ng mga dingding, ang lugar ng silid ng pagsubok, ang paggalaw nito, at ang oras na ginugol ng paksa ng pagsusulit sa silid.
Para sa isang mas detalyadong kakilala sa mga nuances ng pag-aaral, inirerekumenda ko ang pagtingin sa и sa kanya.
Epilogo
Sa gawaing ito, pinamamahalaan ng mga siyentipiko na kumpirmahin sa pagsasanay ang teorya ng egocentric na representasyon ng kapaligiran, na napakahalaga para sa oryentasyon sa espasyo. Pinatunayan nila na mayroong isang intermediate na proseso sa pagitan ng allocentric spatial na representasyon at aktwal na pagkilos, kung saan ang ilang mga cell ng striatum, na tinatawag na egocentric boundary cell (EBCs), ay lumahok. Napag-alaman din na ang mga EBC ay higit na nauugnay sa kontrol ng paggalaw ng buong katawan, at hindi lamang ang ulo ng mga paksa.
Ang pag-aaral na ito ay naglalayong matukoy ang kumpletong mekanismo ng oryentasyon sa espasyo, lahat ng mga bahagi at mga variable nito. Ang gawaing ito, ayon sa mga siyentipiko, ay higit na makakatulong sa pagpapabuti ng mga teknolohiya ng nabigasyon para sa mga autonomous na kotse at para sa mga robot na nakakaunawa sa espasyo sa paligid nila, tulad ng ginagawa natin. Ang mga mananaliksik ay labis na nasasabik tungkol sa mga resulta ng kanilang trabaho, na nagbibigay ng dahilan upang patuloy na pag-aralan ang ugnayan sa pagitan ng ilang bahagi ng utak at kung paano na-navigate ang espasyo.
Salamat sa iyong pansin, manatiling mausisa at magkaroon ng magandang linggo sa lahat! 🙂
Salamat sa pananatili sa amin. Gusto mo ba ang aming mga artikulo? Gustong makakita ng mas kawili-wiling nilalaman? Suportahan kami sa pamamagitan ng pag-order o pagrekomenda sa mga kaibigan, 30% na diskwento para sa mga gumagamit ng Habr sa isang natatanging analogue ng mga entry-level na server, na inimbento namin para sa iyo: (magagamit sa RAID1 at RAID10, hanggang 24 na core at hanggang 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 beses na mas mura? Dito lang sa Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mula $99! Basahin ang tungkol sa
Pinagmulan: www.habr.com