Hareket hayattır. Bu tabir hem ileriye gitme, yerinde durmama ve istediğini elde etme motivasyonu olarak yorumlanabilir, hem de hemen hemen tüm canlıların yaşamlarının çoğunu hareket halinde geçirdiklerinin bir ifadesi olarak yorumlanabilir. Uzaydaki hareketlerimizin ve hareketlerimizin her seferinde alnımıza çarpması ve küçük ayak parmaklarımızın kırılmasıyla sonuçlanmamasını sağlamak için beynimiz, hareket ettiğimiz anda bilinçsizce ortaya çıkan, çevrenin depolanmış “haritalarını” kullanır. Ancak beynin bu haritaları deyim yerindeyse dışarıdan değil, kişiyi bu haritaya yerleştirerek ve birinci şahıs bakış açısıyla veri toplayarak kullandığı yönünde bir görüş var. Boston Üniversitesi'nden bilim adamları, laboratuvar fareleri üzerinde bir dizi pratik deney yaparak bu teoriyi kanıtlamaya karar verdiler. Beyin aslında uzayda nasıl geziniyor, hangi hücreler buna dahil ve bu araştırma otonom arabaların ve robotların geleceği için nasıl bir rol oynuyor? Bunu araştırma grubunun raporundan öğreniyoruz. Gitmek.
Araştırma temeli
Yani yıllar önce ortaya konan gerçek şu ki, beynin uzayda yönelimden sorumlu ana bölümünün hipokampus olduğudur.
Hipokampus çeşitli süreçlerde rol oynar: duyguların oluşumu, kısa süreli belleğin uzun süreli belleğe dönüşümü ve mekansal belleğin oluşumu. Beynimizin uzayda daha etkili bir yönlendirme için doğru anda çağırdığı o "haritaların" kaynağı ikincisidir. Yani hipokampus, beynin sahibinin bulunduğu alanın üç boyutlu sinir modellerini saklar.
hipokampus
Gerçek navigasyon ile hipokampustan alınan haritalar arasında, bu haritaları birinci şahıs bakış açısına dönüştüren bir ara adım olduğunu belirten bir teori var. Yani kişi genel olarak bir şeyin nerede bulunduğunu (gerçek haritalarda gördüğümüz gibi) değil, kendisine göre bir şeyin nereye yerleştirileceğini (Google Haritalar'daki “sokak görünümü” işlevi gibi) anlamaya çalışıyor.
Düşündüğümüz çalışmanın yazarları şunları vurguluyor: Çevrenin bilişsel haritaları allosentrik sistemde hipokampal formasyonda kodlanır, ancak motor beceriler (hareketlerin kendisi) benmerkezci sistemde temsil edilir.
UFO: Bilinmeyen Düşman (allosentrik sistem) ve DOOM (egosentrik sistem).
Alosentrik ve benmerkezli sistemler arasındaki fark, üçüncü şahıs bakış açısıyla oynanan oyunlar (veya yandan görünüm, üstten görünüm vb.) ile birinci şahıs bakış açısıyla oynanan oyunlar arasındaki farka benzer. İlk durumda bizim için çevrenin kendisi önemlidir, ikincisinde ise bu çevreye göre konumumuz önemlidir. Bu nedenle, allosentrik navigasyon planlarının fiili uygulama için benmerkezli bir sisteme dönüştürülmesi gerekir; uzayda hareket.
Araştırmacılar bunun dorsomedial olduğuna inanıyor striatum (DMS)* Yukarıdaki süreçte hayati bir rol oynar.
İnsan beyninin striatumu.
Striatum* - beynin bazal ganglionlara ait olan kısmı; striatum kas tonusunun, iç organların ve davranışsal reaksiyonların düzenlenmesinde rol oynar; Striatum, alternatif gri ve beyaz madde bantlarından oluşan yapısından dolayı “striatum” olarak da adlandırılır.
DMS, karar verme ve uzayda yön bulmayla ilgili eylemler gerçekleştirmeyle ilişkili nöral tepkileri gösterir; bu nedenle beynin bu bölgesi daha ayrıntılı olarak incelenmelidir.
Araştırma sonuçları
Striatumda (DMS) benmerkezli uzaysal bilginin varlığını/yokluğunu belirlemek için, 4 erkek sıçana DMS'yi hedef alan 16'ya kadar tetrode (beynin istenilen bölgelerine bağlanan özel elektrotlar) implante edildi (1a).
Resim #1: Benmerkezci bir referans çerçevesinde striatal hücrelerin çevresel sınırlara tepkisi.
1 numaralı görsele ilişkin açıklamalar:а — tetrode konum noktaları;
b — benmerkezci sınır haritası;
с — allosentrik uzaysal haritalar (solda 4 kare), vücut pozisyonuna göre hücre tepkisi zirvelerinin konumlarının renk kodlu yörünge çizimleri ve EBC hücrelerinin çeşitli yönelimlerdeki tepkisine dayanan benmerkezli haritalar (sağda 4 kare) ve sıçan ve duvar arasındaki mesafeler;
d - de olduğu gibi 1sancak hayvandan tercih edilen uzaklık mesafeleri olan EBC için;
e - de olduğu gibi 1s, ancak iki ters EBC için;
f - gözlemlenen hücreler için elde edilen ortalama uzunluğun dağılımı;
g - hareket yönü ve baş yönü kullanılarak EBC için elde edilen ortalama uzunluğun dağılımı;
h - hücrelerin ortalama tepkisinin dağılımı (tümü ve EBC).
Farelerin tanıdık bir alanda (açık, labirentte değil) rastgele dağılmış yiyecekleri topladığı 44 deney gerçekleştirildi. Sonuç olarak 939 hücre kaydedildi. Toplanan verilerden 31 baş yönlendirme hücresi (HDC) tanımlandı, ancak hücrelerin yalnızca küçük bir kısmı, tam olarak 19'u, allosentrik uzaysal korelasyonlara sahipti. Dahası, çevrenin çevresiyle sınırlı olan bu hücrelerin aktivitesi, yalnızca sıçanın test odasının duvarları boyunca hareketi sırasında gözlemlendi, bu da uzayın sınırlarını kodlamak için benmerkezci bir şema öneriyor.
Tepe hücre aktivitesine dayalı böyle bir benmerkezci temsilin olanaklarını değerlendirmek için, benmerkezci sınır haritaları oluşturuldu (1b), başının konumundan ziyade, sıçanın hareketinin yönüne göre sınırların yönelimini ve mesafesini gösterir (karşılaştırma 1g).
Kaydedilen hücrelerin %18'i (171'dan 939'i), odanın sınırı deneysel olana göre belirli bir konum ve yönelimi işgal ettiğinde önemli bir tepki gösterdi (1f). Bilim insanları bunlara benmerkezci sınır hücreleri (EBC'ler) adını veriyor. benmerkezci sınır hücreleri). Deney deneklerinde bu tür hücrelerin sayısı 15 ile 70 arasında değişmekte olup ortalama 42.75'tir (1c, 1d).
Benmerkezci sınırların hücreleri arasında, odanın sınırlarına tepki olarak aktivitesi azalanlar vardı. Toplamda 49 tane vardı ve bunlara ters EBC'ler (iEBC'ler) adı verildi. EBC ve iEBC'deki ortalama hücre tepkisi (aksiyon potansiyeli) oldukça düşüktü - 1,26 ± 0,09 Hz (1h).
EBC hücre popülasyonu, test konusuna göre oda sınırının tüm yönelimlerine ve konumlarına yanıt verir, ancak tercih edilen yönelimin dağılımı, hayvanın her iki tarafında birbirine 180° zıt konumda bulunan tepe noktalarıyla iki modludur (-68° ve 112°) , hayvanın uzun eksenine dik doğrultudan 22° hafifçe kaydırılmıştır (2d).
Resim #2: Benmerkezci sınır hücrelerinin (EBC'ler) tepkisi için tercih edilen yönelim ve mesafe.
2 numaralı görsele ilişkin açıklamalar:a - her grafiğin üzerinde belirtilen farklı tercih edilen yönelimlere sahip, aynı anda incelenen dört EBC için benmerkezli sınır haritaları;
b - tetrodların hücrelere göre konumu 2a (sayılar tetrode numarasını gösterir);
с — bir sıçanın tüm EBC'leri için tercih edilen yönelimlerin olasılık dağılımı;
d — tüm sıçanların EBC'si için tercih edilen yönelimlerin olasılık dağılımı;
е - şekilde gösterilen hücreler için tetrode pozisyonları 2f;
f - her grafiğin üzerinde farklı tercih edilen mesafelerin belirtildiği, aynı anda kaydedilen altı EBC için benmerkezli sınır haritaları;
g — bir sıçanın tüm EBC'leri için tercih edilen mesafenin olasılık dağılımı;
h — tüm sıçanların EBC'si için tercih edilen mesafenin olasılık dağılımı;
i tüm EBC'ler için tercih edilen mesafenin ve tercih edilen yönelimin kutupsal bir çizimidir; alanın boyutu, noktaların rengi ve çapıyla temsil edilir.
Tercih edilen mesafenin sınıra dağılımı üç tepe noktası içeriyordu: 6.4, 13.5 ve 25.6 cm, bu da EBC'ler arasında üç farklı tercih edilen mesafenin varlığını gösterir (2f-2h), hiyerarşik bir gezinme arama stratejisi için önemli olabilir. EBC alıcı alanlarının boyutu, tercih edilen mesafenin bir fonksiyonu olarak arttı (2i), bu da sınırların benmerkezli temsilinin doğruluğunun duvar ile deney konusu arasındaki mesafe azaldıkça arttığını gösterir.
Deneğin farklı yönelimlere ve duvara göre mesafelere sahip aktif EBC'leri aynı tetrode üzerinde göründüğünden, hem tercih edilen yönelim hem de mesafe net bir topografyadan yoksundu (2a, 2b, 2e и 2f).
Ayrıca EBC'lerin, test odalarının herhangi bir versiyonundaki alanın sınırlarına (bölme duvarları) tutarlı bir şekilde yanıt verdiği de bulunmuştur. EBC'lerin uzak özelliklerinden ziyade odanın yerel sınırlarına tepki verdiğini doğrulamak için bilim insanları kameranın konumunu 45° "döndürdü" ve birkaç duvarı siyah yaparak önceki testlerde kullanılandan farklı hale getirdi.
Veriler hem normal test odasında hem de döndürülmüş test odasında toplandı. Test odasındaki değişikliğe rağmen, EBC test deneklerinin duvarlara göre tercih edilen tüm yönelimleri ve mesafeleri aynı kaldı.
Açıların önemi göz önüne alındığında, EBC'lerin bu yerel çevresel özellikleri benzersiz bir şekilde kodlama olasılığı da göz önünde bulunduruldu. Köşelere yakın tepki ile duvarın ortasına yakın tepki arasındaki farkı izole ederek, köşelere artan tepki sergileyen bir EBC hücresi alt kümesi (n = 16; %9,4) belirledik.
Böylece, odanın çevresine, yani test odasının duvarlarına ve köşelerine iyi yanıt verenlerin EBC hücreleri olduğu yönünde bir ara sonuç çıkarabiliriz.
Daha sonra bilim insanları, EBC hücrelerinin açık alana (labirentsiz bir test alanı, yani sadece 4 duvar) verdiği tepkinin, test odası alanının farklı versiyonları için aynı olup olmadığını test etti. Her birinde duvarların uzunluğu öncekilerden 3 cm farklı olan 50 çalışma gerçekleştirildi.
Test odasının boyutundan bağımsız olarak, EBC'ler test konusuna göre sınırlarına aynı mesafe ve yönelimde yanıt verdi. Bu, tepkinin çevresel boyutla ölçeklenmediğini gösterir.
Resim #3: EBC hücrelerinin uzaysal sınırlara kararlı tepkisi.
3 numaralı görsele ilişkin açıklamalar:а — normal koşullar altında (solda) ve test odası 45° döndürüldüğünde (sağda) benmerkezli EBC haritaları;
b — 1.25 x 1.25 m (sol) ölçülerindeki bir kamera için ve 1.75 x 1.75 m (sağ) büyütülmüş bir kamera için benmerkezli EBC haritaları;
с — düzenli siyah oda duvarlarına (solda) ve desenli duvarlara (sağda) sahip benmerkezli EBC haritaları;
d-f — Tercih edilen mesafenin (üstte) ve taban çizgisine (altta) göre tercih edilen yönelimdeki değişikliklerin grafikleri.
Striatum, beynin görsel korteksinin çeşitli alanlarından çevre hakkında bilgi aldığından, bilim adamları ayrıca duvarların görünümünün etkileyip etkilemediğini de test etti (3s) EBC hücrelerinin tepkisi üzerine odalar.
Uzayın sınırlarının görünümünün değiştirilmesinin, EBC hücrelerinin reaksiyonu üzerinde veya deney konusuna göre reaksiyon için gereken mesafe ve yönelim üzerinde hiçbir etkisi olmadı.
Resim #4: Ortamdan bağımsız olarak EBC hücre yanıtının tutarlılığı.
4 numaralı görsele ilişkin açıklamalar:а — tanıdık (solda) ve yeni (sağda) ortamlarda EBC için benmerkezli haritalar;
b - aynı ortamda ancak belirli bir zaman aralığıyla elde edilen EBC için benmerkezli haritalar;
с — yeni (alışılmadık) ortamlar için tercih edilen mesafenin (üstte) ve temel çizgiye (altta) göre tercih edilen yönelimdeki değişikliklerin grafikleri;
d — daha önce çalışılan (tanıdık) ortamlar için tercih edilen mesafenin (üstte) ve taban çizgisine (altta) göre tercih edilen yönelimdeki değişikliklerin grafikleri.
Ayrıca EBC hücrelerinin tepkisinin yanı sıra deney konusuna göre gerekli yönlendirme ve mesafenin de zaman içinde değişmediği bulunmuştur.
Ancak bu "zamanlanmış" test aynı test odasında gerçekleştirildi. EBC'nin bilinen koşullara verdiği yanıt ile yeni koşullara verdiği yanıt arasında ne gibi bir fark olduğunu da kontrol etmek gerekiyordu. Bunu yapmak için, fareler önceki testlerden bildikleri bir odayı ve ardından açık alana sahip yeni odaları inceleyerek birkaç çalışma gerçekleştirildi.
Tahmin edebileceğiniz gibi, EBC hücresi tepkisi + istenen yönelim/mesafe yeni odalarda değişmeden kaldı (4a, 4c).
Böylece, EBC yanıtı, duvarların görünümüne, test odasının alanına, hareketine ve zamana bakılmaksızın, o ortamın her türünde ortamın sınırlarının test konusuna göre istikrarlı bir temsilini sağlar. konu odada geçirdi.
Çalışmanın nüansları hakkında daha ayrıntılı bilgi için, şuna bakmanızı tavsiye ederim: и ona.
Sonuç bölümü
Bu çalışmada bilim adamları, uzayda yönelim için son derece önemli olan çevrenin benmerkezci temsili teorisini pratikte doğrulayabildiler. Allosentrik mekansal temsil ile gerçek eylem arasında, striatumdaki belirli hücreleri içeren, benmerkezli sınır hücreleri (EBC) adı verilen bir ara süreç olduğunu gösterdiler. Ayrıca EBC'lerin yalnızca test deneklerinin başını değil tüm vücudun hareketini kontrol etmekle daha ilgili olduğu da bulundu.
Bu çalışma, uzaydaki yönelim mekanizmasının tamamını, tüm bileşenlerini ve değişkenlerini belirlemeyi amaçladı. Bilim insanlarına göre bu çalışma, tıpkı bizim gibi otonom otomobiller ve etraflarındaki alanı anlayabilen robotlar için navigasyon teknolojilerinin geliştirilmesine daha da yardımcı olacak. Araştırmacılar, beynin belirli bölgeleri ile uzayda navigasyonun nasıl gerçekleştirildiği arasındaki ilişkiyi araştırmaya devam etmek için neden sağlayan çalışmalarının sonuçlarından son derece memnunlar.
İlginiz için teşekkür ederiz, merakla kalın ve herkese iyi haftalar! 🙂
Bizimle kaldığın için teşekkürler. Yazılarımızı beğeniyor musunuz? Daha ilginç içerik görmek ister misiniz? Sipariş vererek veya arkadaşlarınıza tavsiye ederek bize destek olun, Habr kullanıcıları için, bizim tarafımızdan sizin için icat ettiğimiz benzersiz bir giriş seviyesi sunucu analogunda %30 indirim: (RAID1 ve RAID10, 24 adede kadar çekirdek ve 40 GB'a kadar DDR4 ile mevcuttur).
Dell R730xd 2 kat daha mı ucuz? Sadece burada Hollanda'da! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - 99$'dan! Hakkında oku
Kaynak: habr.com