Исследователи из Центра науки о мозге RIKEN (CBS) в Японии обнаружили область мозга, которая кодирует, где животное планирует находиться в ближайшем будущем. Связанная с внутренними картами пространственных местоположений и прошлых перемещений, активность в недавно обнаруженных клетках сетки точно предсказывает будущие местоположения, когда животное перемещается по своей среде.

Исследование , опубликованное в журнале Science 15 августа, помогает объяснить, как возможна плановая пространственная навигация.

Это может показаться легким, но для навигации в мире требуется довольно много скрытой мозговой активности. Например, простое хождение по супермаркету в поисках продуктов требует внутренних карт внешнего мира, информации о собственном меняющемся положении и скорости, а также воспоминаний о том, где вы были и что вы пытаетесь купить.

Большая часть этой информации содержится в клетках двух связанных частей мозга — гиппокампа и медиальной энторинальной коры, или сокращенно MEC, — которые чрезвычайно похожи у всех млекопитающих, от крыс до людей. В частности, MEC содержит карты текущего местоположения животного в пространстве, открытие, которое получило Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2014 году.

Клетки сетки предсказания в медиальной энторинальной коре активизировались до того, как крысы вошли в область пространства, которую они кодируют. В этом видео активность двух нейронов представлена ​​миганием красных и синих квадратов. Для удобства квадраты размещены в месте сетки, которую кодируют нейроны. Кредит: RIKEN
Новое исследование фокусируется на MEC, но не на хранимой информации, необходимой для пространственной навигации или текущего местоположения животного. Вместо этого эксперименты, проведенные Шигеёси Фудзисавой и Аяко Оучи из RIKEN CBS, сосредоточены на том, как эта область мозга создает карты будущих положений, которые постоянно обновляются по мере перемещения животных.

Пока крысы пересекали открытое квадратное поле в поисках свободно доступной воды, которая перемещалась в разные места, исследователи регистрировали все движения, которые включали сотни траекторий. В то же время они регистрировали активность отдельных клеток мозга в MEC.

После этого они проверили, насколько хорошо активность мозга с течением времени соответствовала изменению положения крыс.

Они обнаружили, что активность некоторых мозговых клеток в MEC создает внутреннюю сетку , которая отображает будущие позиции в поле. Например, клетка MEC может кодировать определенное место в поле, но только когда крыса достигает точки на 30–40 см раньше на маршруте, который в конечном итоге пересекает это место — независимо от того, с какого направления шла крыса.

Это очень отличается от клеток сетки, которые помогли выиграть Нобелевскую премию, которые активизируются только тогда, когда животное в данный момент находится в определенном месте. Авторы называют недавно обнаруженные нейроны «предиктивными клетками сетки» и провели несколько последующих экспериментов, чтобы лучше понять, что именно они кодируют.

Во-первых, они проверили, предсказывают ли недавно обнаруженные ячейки сетки будущее местоположение с точки зрения расстояния или времени от настоящего. Они обнаружили, что оба были закодированы, хотя «сетчатость» ячеек была выше при рассмотрении расстояния.

Они также обнаружили, что будущие позиции были верно закодированы в разных ситуациях, независимо от того, пытались ли крысы идти к определенным целям или они беспорядочно искали еду. Это означает, что функция предсказательных ячеек сетки не ограничивается целенаправленным поведением.

«Это исследование дает важные сведения о механизмах пространственной навигации и формирования эпизодической памяти в гиппокампальных и энторинальных корковых цепях», — говорит Фудзисава. «В будущем мы хотели бы прояснить механизм, посредством которого организованы такие предиктивные решетчатые клетки».