Harakat - bu hayot. Bu iborani ham oldinga intilish, bir joyda turib, xohlagan narsangizga erishmaslik uchun turtki sifatida ham, deyarli barcha tirik mavjudotlar hayotining ko'p qismini harakatda o'tkazishini ifodalash sifatida talqin qilinishi mumkin. Kosmosdagi harakatlarimiz va harakatlarimiz har safar peshonamizdagi zarbalar va kichik barmoqlarning sinishi bilan tugamasligini ta'minlash uchun miyamiz harakatimiz paytida ongsiz ravishda paydo bo'ladigan atrof-muhitning saqlangan "xaritalaridan" foydalanadi. Biroq, miya bu xaritalarni tashqaridan emas, balki odamni ushbu xaritaga joylashtirish va birinchi shaxs ko'rinishidan ma'lumotlarni yig'ish orqali foydalanadi, degan fikr bor. Boston universiteti olimlari laboratoriya kalamushlari bilan bir qator amaliy tajribalar o‘tkazib, bu nazariyani isbotlashga qaror qilishdi. Miya kosmosda qanday harakat qiladi, qanday hujayralar ishtirok etadi va bu tadqiqot avtonom avtomobillar va robotlarning kelajagi uchun qanday rol o'ynaydi? Bu haqda tadqiqot guruhining hisobotidan bilib olamiz. Bor.
Tadqiqot asoslari
Shunday qilib, ko'p yillar oldin aniqlangan haqiqat shundaki, kosmosda orientatsiya uchun mas'ul bo'lgan miyaning asosiy qismi gippokampdir.
Gippokamp turli jarayonlarda ishtirok etadi: his-tuyg'ularning shakllanishi, qisqa muddatli xotiraning uzoq muddatli xotiraga aylanishi va fazoviy xotiraning shakllanishi. Bu bizning miyamiz kosmosda yanada samaraliroq yo'naltirish uchun kerakli vaqtda chaqiradigan "xaritalar" ning manbaidir. Boshqacha qilib aytganda, gippokampus miya egasi joylashgan bo'shliqning uch o'lchovli neyron modellarini saqlaydi.
Gippokamp
Haqiqiy navigatsiya va gippokampdagi xaritalar o'rtasida oraliq bosqich borligini ta'kidlaydigan nazariya mavjud - bu xaritalarni birinchi shaxs ko'rinishiga aylantirish. Ya'ni, odam umuman olganda emas, balki biror narsa qaerda joylashganligini (haqiqiy xaritalarda ko'rib turganimizdek), balki o'ziga nisbatan qayerda joylashganligini tushunishga harakat qilmoqda (masalan, Google Xaritalardagi "ko'cha ko'rinishi" funktsiyasi).
Biz ko'rib chiqayotgan ish mualliflari quyidagilarni ta'kidlaydilar: Atrof-muhitning kognitiv xaritalari allotsentrik tizimda hipokampal shakllanishda kodlangan, ammo motorli ko'nikmalar (harakatlarning o'zi) egosentrik tizimda ifodalanadi.
NUJ: noma'lum dushman (allosentrik tizim) va DOOM (egosentrik tizim).
Allotsentrik va egosentrik tizimlar o'rtasidagi farq uchinchi shaxs ko'rinishidagi o'yinlar (yoki yon ko'rinish, yuqoridan ko'rinish va boshqalar) va birinchi shaxs ko'rinishidagi o'yinlar o'rtasidagi farqga o'xshaydi. Birinchi holda, biz uchun atrof-muhitning o'zi muhim, ikkinchidan, bu muhitga nisbatan bizning pozitsiyamiz. Shunday qilib, allotsentrik navigatsiya rejalari haqiqiy amalga oshirish uchun egosentrik tizimga aylantirilishi kerak, ya'ni. kosmosdagi harakat.
Tadqiqotchilar buni dorsomedial deb hisoblashadi striatum (DMS)* yuqoridagi jarayonda muhim rol o‘ynaydi.
Inson miyasining striatumi.
Striatum* - miyaning bazal gangliyaga tegishli qismi; striatum mushak tonusini, ichki organlarni va xatti-harakatlar reaktsiyalarini tartibga solishda ishtirok etadi; Striatum, shuningdek, kulrang va oq materiyaning o'zgaruvchan chiziqlari tuzilishi tufayli "striatum" deb ham ataladi.
DMS kosmosda navigatsiya bo'yicha qarorlar qabul qilish va harakatlarni amalga oshirish bilan bog'liq neyron javoblarni namoyish etadi, shuning uchun miyaning ushbu mintaqasini batafsilroq o'rganish kerak.
Tadqiqot natijalari
Striatumda (DMS) egosentrik fazoviy ma'lumotlarning mavjudligini yoki yo'qligini aniqlash uchun 4 ta erkak kalamushga DMSga qaratilgan 16 tagacha tetrodlar (miyaning kerakli joylariga ulangan maxsus elektrodlar) implantatsiya qilindi.1а).
Rasm №1: striatal hujayralarning egosentrik mos yozuvlar doirasidagi atrof-muhit chegaralariga munosabati.
№1 rasm uchun tushuntirishlar:а — tetrod joylashuv nuqtalari;
b — egosentrik chegara xaritasi;
с - allotsentrik fazoviy xaritalar (chapda 4 kvadrat), tananing holatiga nisbatan hujayra reaktsiyasi cho'qqilari joylashuvining rangli kodli traektoriya syujetlari va EBC hujayralarining turli yo'nalishdagi javobiga asoslangan egosentrik xaritalar (o'ngda 4 kvadrat). kalamush va devor orasidagi masofalar;
d - kabi 1 soniya, lekin hayvondan afzal masofalar bilan EBC uchun;
e - kabi 1 soniya, lekin ikkita teskari EBC uchun;
f - kuzatilgan hujayralar uchun o'rtacha natija uzunligini taqsimlash;
g - harakat yo'nalishi va bosh yo'nalishidan foydalangan holda EBC uchun o'rtacha natija uzunligini taqsimlash;
h - hujayralarning o'rtacha javobini taqsimlash (barcha va EBC).
44 ta tajriba o'tkazildi, unda kalamushlar tasodifiy tarqalgan oziq-ovqatlarni tanish bo'shliqda (ochiq, labirintda emas) yig'ishdi. Natijada 939 ta hujayra qayd etildi. Yig'ilgan ma'lumotlardan 31 ta bosh yo'nalishi hujayralari (HDCs) aniqlandi, ammo hujayralarning faqat kichik bir qismi, aniqrog'i 19 tasi, allotsentrik fazoviy korrelyatsiyaga ega edi. Bundan tashqari, atrof-muhitning perimetri bilan cheklangan bu hujayralarning faolligi faqat sinov kamerasining devorlari bo'ylab kalamush harakati paytida kuzatilgan, bu kosmos chegaralarini kodlashning egosentrik sxemasini taklif qiladi.
Hujayralarning yuqori faolligiga asoslangan bunday egosentrik vakillikning imkoniyatlarini baholash uchun egosentrik chegara xaritalari yaratildi (1b), bu kalamushning harakat yo'nalishiga nisbatan chegaralarning yo'nalishi va masofasini uning boshining holatini ko'rsatadi (taqqoslash). 1g).
Ro'yxatga olingan hujayralarning 18 foizi (171 tadan 939 tasi) kameraning chegarasi eksperimentalga nisbatan ma'lum bir pozitsiya va yo'nalishni egallaganida sezilarli javob ko'rsatdi (1f). Olimlar ularni egosentrik chegara hujayralari (EBCs) deb atashadi. egosentrik chegara hujayralari). Eksperimental ob'ektlarda bunday hujayralar soni 15 dan 70 gacha bo'lib, o'rtacha 42.75 (1c, 1d).
Egosentrik chegaralarning hujayralari orasida kameraning chegaralariga javoban faolligi pasayganlar bor edi. Ularning jami 49 tasi bor edi va ular teskari EBCs (iEBCs) deb nomlangan. EBC va iEBCda o'rtacha hujayra reaktsiyasi (ularning harakat potentsiali) juda past edi - 1,26 ± 0,09 Gts (1h).
EBC xujayrasi populyatsiyasi kamera chegarasining sinov ob'ektiga nisbatan barcha yo'nalishlari va pozitsiyalariga javob beradi, ammo afzal yo'nalishning taqsimlanishi bimodal bo'lib, cho'qqilari hayvonning har ikki tomonida bir-biriga qarama-qarshi 180 ° (-68 ° va 112 °) joylashgan. , hayvonning uzun o'qiga perpendikulyardan 22 ° ga biroz siljish (2d).
Rasm №2: Egosentrik chegara hujayralari (EBCs) javob berish uchun afzal yo'nalish va masofa.
№2 rasm uchun tushuntirishlar:a - har bir grafik yuqorida ko'rsatilgan turli afzal yo'nalishlari bilan bir vaqtning o'zida tekshiriladigan to'rtta EBC uchun egosentrik chegara xaritalari;
b - hujayralarga mos ravishda tetrodlarning joylashishi 2а (raqamlar tetrod raqamini bildiradi);
с - bitta kalamushning barcha EBClari uchun afzal yo'nalishlarni taqsimlash ehtimoli;
d - barcha kalamushlarning EBC uchun afzal yo'nalishlarining ehtimollik taqsimoti;
е - ko'rsatilgan hujayralar uchun tetrod pozitsiyalari 2f;
f - har bir grafik ustida ko'rsatilgan turli afzal masofalarga ega oltita bir vaqtning o'zida qayd etilgan EBC uchun egosentrik chegara xaritalari;
g - bitta kalamushning barcha EBClari uchun afzal qilingan masofaning ehtimollik taqsimoti;
h - barcha kalamushlarning EBC uchun afzal qilingan masofaning ehtimollik taqsimoti;
i nuqtalarning rangi va diametri bilan ifodalangan bo'shliqning o'lchami bilan barcha EBC uchun afzal masofa va afzal yo'nalishning qutbli uchastkasi.
Chegaragacha bo'lgan afzal masofani taqsimlash uchta cho'qqini o'z ichiga oladi: 6.4, 13.5 va 25.6 sm, bu EBClar o'rtasida uchta afzal masofa mavjudligini ko'rsatadi (2f-2h), bu ierarxik navigatsiya qidiruv strategiyasi uchun muhim bo'lishi mumkin. EBC qabul qiluvchi maydonlarining o'lchami afzal qilingan masofaga qarab oshdi (2i), bu chegaralarni egosentrik tasvirlashning aniqligi devor va eksperimental ob'ekt orasidagi masofaning kamayishi bilan ortib borishini ko'rsatadi.
Tanlangan orientatsiya ham, masofa ham aniq topografiyaga ega emas edi, chunki ob'ektning devorga nisbatan turli yo'nalishlari va masofalari bo'lgan faol EBClari bir xil tetrodada paydo bo'lgan (2a, 2b, 2e и 2f).
Shuningdek, EBCs sinov kameralarining har qanday versiyasida makon chegaralariga (kamera devorlari) izchil javob berishi aniqlandi. EBC kameraning distal xususiyatlariga emas, balki uning mahalliy chegaralariga javob berishini tasdiqlash uchun olimlar kamera o‘rnini 45° ga “aylantirdilar” va bir nechta devorlarni qora rangga aylantirdilar, bu esa uni avvalgi sinovlarda qo‘llanganidan farq qiladi.
Ma'lumotlar oddiy sinov kamerasida ham, aylantirilgan kamerada ham to'plangan. Sinov xonasidagi o'zgarishlarga qaramay, EBC test ob'ektlarining devorlariga nisbatan barcha afzal ko'rilgan yo'nalishlar va masofalar bir xil bo'lib qoldi.
Burchaklarning ahamiyatini hisobga olgan holda, EBClarning ushbu mahalliy atrof-muhit atributlarini noyob tarzda kodlash imkoniyati ham ko'rib chiqildi. Burchaklar yaqinidagi javob va devorning o'rtasi yaqinidagi javob o'rtasidagi farqni ajratib, biz burchaklarga yuqori javobni ko'rsatadigan EBC hujayralarining bir qismini (n = 16; 9,4%) aniqladik.
Shunday qilib, biz kameraning perimetriga, ya'ni sinov kamerasining devorlariga va uning burchaklariga yaxshi javob beradigan EBC hujayralari ekanligi haqida oraliq xulosa chiqarishimiz mumkin.
Keyinchalik, olimlar EBC hujayralarining ochiq bo'shliqqa (labirintsiz sinov maydoni, ya'ni atigi 4 ta devor) javobi sinov xonasi hududining turli versiyalari uchun bir xil yoki yo'qligini sinab ko'rdi. 3 ta yugurish amalga oshirildi, ularning har birida devorlarning uzunligi avvalgilaridan 50 sm ga farq qildi.
Sinov xonasining o'lchamidan qat'i nazar, EBCs uning chegaralariga test mavzusiga nisbatan bir xil masofada va yo'nalishda javob berdi. Bu javob atrof-muhit hajmiga mos kelmasligini ko'rsatadi.
Rasm №3: EBC hujayralarining fazoviy chegaralarga barqaror javobi.
№3 rasm uchun tushuntirishlar:а - normal sharoitda (chapda) va sinov kamerasi 45 ° ga aylantirilganda (o'ngda) egosentrik EBC xaritalari;
b - 1.25 x 1.25 m (chapda) o'lchamdagi kamera uchun va 1.75 x 1.75 m (o'ngda) kattalashtirilgan kamera uchun egosentrik EBC xaritalari;
с — oddiy qora kamera devorlari (chapda) va naqshli devorlari (o'ngda) bilan egosentrik EBC xaritalari;
d-f — afzal masofaning grafiklari (yuqorida) va asosiy chiziqqa (pastki) nisbatan afzal yoʻnalishdagi oʻzgarishlar.
Striatum miyaning ko'rish po'stlog'ining bir nechta sohalaridan atrof-muhit haqida ma'lumot olganligi sababli, olimlar devorlarning ko'rinishi ta'sir qiladimi yoki yo'qligini ham sinab ko'rdilar (3 soniya) EBC hujayralarining javobi bo'yicha kameralar.
Kosmos chegaralarining ko'rinishini o'zgartirish EBC hujayralarining reaktsiyasiga yoki eksperimental mavzuga nisbatan reaktsiya uchun zarur bo'lgan masofa va yo'nalishga ta'sir qilmadi.
Tasvir №4: Atrof-muhitdan qat'i nazar, EBC hujayra javobining izchilligi.
№4 rasm uchun tushuntirishlar:а - tanish (chapda) va yangi (o'ngda) muhitlarda EBC uchun egosentrik xaritalar;
b — EBC uchun egosentrik xaritalar, bir xil muhitda olingan, lekin vaqt oralig'i bilan;
с — yangi (notanish) muhitlar uchun afzal qilingan masofa (yuqori) va asosiy chiziqqa (pastki) nisbatan afzal yoʻnalishdagi oʻzgarishlarning grafiklari;
d — avval oʻrganilgan (tanish) muhitlar uchun afzal qilingan masofa (yuqori) va asosiy chiziqqa (pastki) nisbatan afzal yoʻnalishdagi oʻzgarishlarning grafiklari.
Shuningdek, EBC hujayralarining javobi, shuningdek, eksperimental mavzuga nisbatan talab qilinadigan yo'nalish va masofa vaqt o'tishi bilan o'zgarmasligi aniqlandi.
Biroq, bu "vaqt bo'yicha" sinov xuddi shu sinov kamerasida o'tkazildi. Shuningdek, ma'lum shartlarga va yangilariga nisbatan EBC javoblari o'rtasida qanday farq borligini tekshirish kerak edi. Buning uchun kalamushlar oldingi sinovlardan allaqachon bilgan kamerani, keyin esa ochiq maydonga ega bo'lgan yangi kameralarni o'rganganda, bir nechta yugurish amalga oshirildi.
Siz taxmin qilganingizdek, yangi kameralarda EBC hujayra javobi + kerakli yo'nalish/masofa o'zgarishsiz qoldi (4a, 4c).
Shunday qilib, EBC javobi devorlarning ko'rinishidan, sinov kamerasining maydonidan, uning harakatidan va vaqtdan qat'i nazar, ushbu muhitning barcha turlarida sinov ob'ektiga nisbatan atrof-muhit chegaralarining barqaror tasvirini ta'minlaydi. palatada o'tkazilgan mavzu.
Tadqiqotning nuanslari bilan batafsilroq tanishish uchun men qarashni tavsiya qilaman и unga.
Epilog
Ushbu ishda olimlar kosmosda yo'naltirish uchun juda muhim bo'lgan atrof-muhitning egosentrik tasviri nazariyasini amalda tasdiqlashga muvaffaq bo'lishdi. Ular allotsentrik fazoviy vakillik va haqiqiy harakat o'rtasida egosentrik chegara hujayralari (EBC) deb ataladigan striatumdagi ma'lum hujayralarni o'z ichiga olgan oraliq jarayon mavjudligini ko'rsatdi. Bundan tashqari, EBCs nafaqat sinov sub'ektlarining boshini emas, balki butun tananing harakatini nazorat qilish bilan ko'proq bog'liq ekanligi aniqlandi.
Ushbu tadqiqot kosmosda orientatsiyaning to'liq mexanizmini, uning barcha tarkibiy qismlari va o'zgaruvchilarini aniqlashga qaratilgan. Bu ish, olimlarning fikriga ko'ra, avtonom avtomobillar va xuddi biz kabi atrofdagi bo'shliqni tushuna oladigan robotlar uchun navigatsiya texnologiyalarini yanada yaxshilashga yordam beradi. Tadqiqotchilar miyaning ayrim sohalari va kosmosda navigatsiya qanday amalga oshirilishi o'rtasidagi munosabatlarni o'rganishni davom ettirish uchun asos bo'lgan ish natijalaridan juda mamnun.
O'qiganingiz uchun tashakkur, qiziquvchan bo'ling va haftani ajoyib o'tkazing! 🙂
Biz bilan qolganingiz uchun tashakkur. Bizning maqolalarimiz sizga yoqdimi? Yana qiziqarli tarkibni ko'rishni xohlaysizmi? Buyurtma berish yoki do'stlaringizga tavsiya qilish orqali bizni qo'llab-quvvatlang, Habr foydalanuvchilari uchun biz siz uchun ixtiro qilingan boshlang'ich darajadagi serverlarning noyob analogiga 30% chegirma: (RAID1 va RAID10, 24 tagacha yadro va 40 Gb gacha DDR4 bilan mavjud).
Dell R730xd 2 barobar arzonmi? Faqat shu yerda Gollandiyada! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - 99 dollardan! Haqida o'qing
Manba: www.habr.com