В течение десятилетия ученые были озадачены тем, как «внутренние карты» человеческого мозга фиксируются к внешнему миру. Новое исследование, изданное в журнале Nature, попыталось решить эту проблему.
Оранжевые линии на этой иллюстрации изображают силы, действующие на внутреннюю карту, чтобы произвести заключительную геометрию сетки, которая асимметрична к среде.Кредит изображения: Скалистая вершина Институт Stensola/Kavli Нейробиологии Систем
Ученые позади нового исследования – из Норвежского университета естественных и технических наук в Тронхейме, Норвегия – сравнили внутреннюю карту мозга с тем, как мы могли бы использовать карту и кружить, чтобы связать линии долготы с ландшафтом вокруг нас при пешем туризме.Лауреаты Нобелевской премии Эдвард Моузер и май – Бритт Моузер ранее обнаружил «клетки сетки» в мозгу, которые являются главной ссылкой в пространственной навигационной системе нашего мозга. Эти клетки позволяют внутренним картам сетки «потянуться» как адекватные, чтобы вести нас в правильном направлении. Новое исследование помогает объяснить, как эти карты фиксируются к нашей среде.
Норвежская команда сделала запись активности клеток сетки у крыс как животные, на которых охотятся для крошек печенья вокруг 1,5 m2 коробок.«Мы сделали запись активности сотен клеток сетки», говорит Тор Стенсола, исследователь в Институте Kavli Нейробиологии Систем в Норвегии.«Смотря на информацию больше чем от 800 клеток сетки, мы заметили, что структуры сетки, как правило, ориентировались в тех же немногих направлениях», объясняет Стенсола. «Это было верно для всех изученных животных, который предположил, что карта сетки выравнивает к ее среде систематическим способом.
Клетки сетки все, казалось, фиксировались к одной из местных стен, но всегда с определенным погашением нескольких градусов. Таким образом, мы решили исследовать это».
Как способ визуализировать это, исследователи объясняют, что, если бы карта, представленная активностью клеток сетки, должна была представить коробку, это должно было бы посмотреть и быть выровнено тот же каждый раз, когда крыса была в коробке.Анализируя данные от записей активности клеток сетки в мозгах крыс, команда нашла, что эти зарегистрированные карты были непротиворечивыми и что каждая структура сетки была связана с одной из стен коробки. Однако топоры сеток не были отлично выровнены – они были искоса. Угол всегда был приблизительно 7,5 градусов прочь.
Stensola сделал некоторые вычисления и понял, что могло бы быть серьезное основание для того определенного угла:«В 0-и углы с 15 степенями, карта была бы симметрична. Другими словами, если бы это было отлично выровнено к стене, которая означала бы, что это отразило бы или кардинальную ось или диагональ квадратной коробки соответственно, делая его, вероятно, который перепутать места.
7.5 градусов удят рыбу вращения, тот, минимизирующий симметрию с топорами в среде, таким образом минимизируя эти виды потенциальных ошибок».Как асимметрия улучшает точность внутренних картБольше асимметрии было найдено в сетках.
Если бы карта была симметрична тогда, то структура была бы совершенно шестиугольной – вместо этого, исследователи нашли, что пункты сформировали эллипс. Это искажение пунктов, как находили, соответствовало «почти отлично» направлению, которое эллипс указывал и направление, к которому фиксировалась сетка.Снова, исследователи обеспечивают визуальную метафору, чтобы объяснить это искажение и как оно перемещает части объекта по-другому согласно местоположению. Думайте о подталкивании палубы карт вдоль стола, говорят они.
Нижняя карта остается в том же местоположении, и главная карта будет перемещена больше всего, в то время как карты в середине перемещают расстояние, отражающее его положение в палубе.С этим в памяти, исследователи выдвинули гипотезу, что, когда животное сталкивается с новой средой, ее мозг формирует карту среды, где один из топоров выровнен отлично с соседней стеной. Постепенно, движение в пространстве искажает и искажает карту 7.5 градусов далеко от стены фиксации, создающей «стабильную и прочную карту с низким шансом ошибки».В больших коробках, которые были 2,2 m2, исследователи нашли, что карты крыс имели те же асимметрии, но они теперь ворвались два и стали отдельными местными картами для той же коробки, фиксируемой к противоположным стенам.
«Это – всегда большое чувство, когда мы находим решение тайны, озадачивавшей нас в течение десятилетия», профессор Эдвард Моузер, заявляет директор Института Kavli Нейробиологии Систем. Он полагает, что результаты исследования важны и могут соединить различные области науки:«Результаты исследования дают нам больше ключа к разгадке относительно того, как наши внутренние карты взаимодействуют со средой.
Теперь мы должны будем выяснить подробно, как информация об ориентации стен и границ в среде достигает карт сетки, и как эта информация обрабатывается. Возможно, краевые ячейки, окажется, будут держать ответ на это, мы наверняка еще не знаем это».