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».
Спасибо за интересную статью! Мне всегда было интересно, как работает наш мозг. Удивительно, что есть клетки, которые предсказывают наше будущее местоположение!
Это просто потрясающе! Я никогда не думал, что наш мозг может «планировать» такие вещи. Как вы думаете, это может помочь в развитии технологий навигации?
У меня есть личный опыт: когда я путешествую, я всегда создаю «внутренние карты» мест. Может быть, это связано с этими клетками?
Очень интересно! Надеюсь, что дальнейшие исследования помогут лучше понять, как мы ориентируемся в пространстве.
Я всегда чувствовала, что у меня хорошее чувство направления. Может быть, это и есть работа этих клеток мозга?
Благодарю за статью! Это открытие может изменить наше представление о навигации. Интересно, как это повлияет на людей с нарушениями пространственной ориентации.
Я изучаю нейробиологию, и эта тема меня очень интересует! Надеюсь, что скоро мы сможем использовать эти знания для улучшения качества жизни.
Удивительно, как природа создает такие сложные механизмы. Интересно, как это будет применяться в робототехнике.
Я всегда думала, что навигация — это только о физических ориентирах. Теперь понимаю, что она также связана с нашим мозгом.
Какой интересный подход к изучению мозга! Интересно, есть ли у других животных аналогичные механизмы?
Спасибо за статью! Я надеюсь, что исследование клеток мозга поможет создать новые методы лечения для людей с потерей памяти.
Это открытие может изменить наше понимание поведения животных. Будет интересно узнать, как они используют свои «внутренние карты».
У меня есть вопрос: как это открытие может повлиять на изучение заболеваний, связанных с пространственной ориентацией, например, болезни Альцгеймера?
Очень вдохновляюще! Это заставляет задуматься о том, как много еще неизведанного в нашем мозге.
Спасибо за информацию! Я всегда хотела узнать, как функционирует наш мозг. Эта статья действительно расширила мои горизонты.