Ви знаходитесь на шляху до роботи, коли ваш розум рухається вперед до лекції, яку ви плануєте прочитати в другій половині дня. Ви репетируєте свою розмову із собою, коли під’їжджаєте до офісу, готуючись до питань, які можуть задати ваші колеги. Пізніше, вибираючи поштову скриньку електронної пошти, ви обмірковуєте варіанти обіду, нескінченно прокручуючи.

Це лише кілька прикладів того, як кожна дія, яку ми робимо в реальному світі, несе в собі і приховану, альтернативну дію, яку ми лише уявляли. Значні зусилля були вкладені для того, щоб зрозуміти, як і чому ми активно приймаємо рішення, але нові докази свідчать нам, що час, який ми проводимо в інших реальностях, також служить важливій неврологічній меті.

Багато відділів мозку працюють разом, щоб побудувати наші ментальні карти, але основними гравцями просторової навігації є гіпокампу, місце пам'яті в головному мозку, і кора енторіалу, яка лежить поруч з гіпокамп і передає інформацію, що генерується там, у вищі області обробки.

Вже в 1948 році було запропоновано, щоб гризуни покладались на різноманітні екологічні підказки, щоб генерувати карти винагород у завданнях навчання лабіринту. Однак природа цієї карти та клітини, що її генерували, залишалися таємницею. Через тридцять років дослідники помітили, що певні клітини гіпокампа щурів частіше стріляють, коли потрапляють у певні місця. Примітно, що моделі стрільби цих мереж клітин стабільні з часом, навіть за відсутності сигналів, які були присутніми при їх початковій активації. Відкриття цих "клітин місцевих місць" з описовою назвою відкрило шлях для більш точного опитування нейробіологічних основ пошуку шляхів.

Коли були виявлені клітини місць, запропонованою ними функцією було створення індивідуальної топографічної карти даного простору. На шляху від фізичного світу до мозку більшість наших сенсорних уявлень демонструють те, що відомо як топографічна організація. Уявіть, що ви сідаєте у свою машину і вирушаєте за невідомими деталями. Ви можете покластися на супутникову навігацію, GPS або паперову карту, щоб вести вас до місця призначення. Подібно до того, як кожна точка на вашій карті відповідає певному орієнтиру у вашій подорожі, розмістіть клітини, які прив’язуються до певних орієнтирів у навколишньому середовищі, щоб зорієнтувати вас у просторі.

Наша внутрішня просторова топографія є більш складною, клітини гіпокампа кодують зображення певних подразників, сигналів чи винагород у контексті того, як тварина поводиться в цих просторах. Наприклад, уявіть, як прилетіти до аеропорту в незнайомій країні. Ви можете мати загальні знання про концепцію аеропорту, поряд із знайомими візуальними орієнтирами, які закріплять вас у цьому новому просторі. Частина цієї інформації є біографічною, спираючись на ваші унікальні спогади про інші аеропорти.

Залежно від того, чи були ці переживання позитивними чи негативними, емоційне значення цих просторів також сприятиме вашій особистій карті, і всі ці фактори поєднуються, створюючи досвід космосу, який є набагато багатшим, ніж проста збірка пам’яток.

"Розмістіть клітини на якорі до певних орієнтирів у навколишньому середовищі, щоб зорієнтувати вас у просторі".

Пізніші дослідження на приматах показали, що клітини гіпокампа діють дещо інакше в мозку приматів, ніж у мозку гризунів, стріляючи у відповідь на безліч різних подразників, які не суворо обмежені місцем розташування. Поточна робота на мишах, приматах та людях також встановила, що гіпокамп не є самотнім актором. Введіть енторіальну кору, яка передає сенсорну інформацію до гіпокампу і виконує роль моста до неокортексу, де видаються багато наших найскладніших когнітивних та рухових команд.

Нещодавно дослідники описали a мережа клітин всередині кори енторіалу, що називається «сітчасті клітини», які кодують ваш власний рух щодо навколишнього середовища, додаючи важливу частину до головоломки місця комірки, коли мова йде про більш широкі навігаційні стратегії. Мережеві мережі можуть точніше будувати напрямок і відстань між об’єктами в просторі, базуючись на внутрішніх сигналах руху, а не на сенсорному введенні з самого простору. Ці системи працюють разом, щоб динамічно представляти простори способами, які можуть бути модифіковані досвідом, гнучко включаючи нову інформацію, але також дозволяючи цим просторам звикати з часом.

Але коли ми маємо на увазі уявлення простору, як ми вирішуємо, як з ним взаємодіяти? Для цього потрібно активно приймати рішення, а паливом для прийняття рішення є винагорода. Тут особливо важливими стають непросторові атрибути нейронів, що складають наші навігаційні системи. Дослідники в ході досліджень на гризунах виявили, що сприйнята цінність винагороди або значення певних предметів в оточуючому середовищі може значно змістити схеми випалу клітин у їх напрямку. Отже, вища прогнозована величина винагороди, пов’язана з даним поворотом або місцем розташування в лабіринті передбачити рух у цьому напрямку. То як щодо не обраних шляхів?

Нещодавно команда дослідники з UCSF виміряли обстріл клітини місця гіпокампа у щурів, коли вони виконували завдання просторової навігації. Щурів поміщали в лабіринт, і їхню нервову активність зображали в режимі реального часу, коли вони вибирали між шляхами, що розходилися в певний момент. Таким чином, дослідники змогли призначити унікальні схеми стрільби по клітинах місця, які відповідали кожній руці лабіринту після того, як щур зробив вибір і продовжив подорож по ній.

Вражаюче, коли щур наближався до пункту вибору, кожен з наборів клітин-місць, що представляли будь-яку руку лабіринту, швидко стріляв, чергуючи, кидаючи кубики в будь-яке можливе майбутнє, перш ніж був зроблений вибір. Це означає, що не тільки шлях, яким тварина в кінцевому підсумку проходить у реальному часі, але й можливий альтернативний шлях, однаково представлені в нейронному просторі, забезпечуючи механістичне пояснення ментальних уявлень про майбутнє.

"Можливий альтернативний шлях, однаково представлені в нейронному просторі, забезпечуючи механістичне пояснення розумових уявлень про майбутнє".

У гризунів дослідження навігації проводяться в простих настільних збірках, які не можуть вразити складність реального середовища. Віртуальна реальність набуває дедалі більшої популярності як особиста розвага, але також пропонує дослідникам безпрецедентний рівень різноманітності та контролю в просторових навігаційних дослідженнях. Група у Великобританії застосувала мобільну гру під назвою Sea Hero Quest, щоб зафіксувати один із найбільших наборів даних про просторові міркування між різними зареєстрованими віковими групами.

Дані ігрового процесу вказує на те, що просторові міркування можуть почати зменшуватися, коли нам вже 19 років, і вибір маршрутів гравців різнився залежно від того, чи несли вони варіант e4 гена APOE, який давно використовується як клінічний діагностичний маркер хвороби Альцгеймера. Такі нові стратегії, які перетворюють прості мобільні ігри на інструменти збору клінічних даних, можуть значно розширити наше розуміння того, як саме прогресують нейродегенеративні захворювання, і пришвидшити розвиток високо персоналізованої ранньої діагностики.

Більша частина нашого розуміння того, як ми думаємо про майбутнє, виникла під час вивчення пацієнтів, які вже не можуть згадати минуле. З перших днів неврології, коли дослідження уражень часто були найбільш інформативним інструментом у нашому розпорядженні для вивчення функції різних частин мозку, ми розуміли, що для відкликання пам’яті потрібен гіпокампу.

Пошкодження гіпокампа пов'язане з амнезією, а також порушенням просторових міркувань. Але кілька знакових досліджень показали, що пошкодження гіпокампа також заважає здатності уявляти гіпотетичні події. Послідовно пацієнти з амнезією не лише важко згадують останні біографічні відомості, але за запитом можуть запропонувати лише загальні висловлювання про майбутні події у своєму житті.

З віком втрачається пам’ять, але, як показують багато досліджень, наша здатність орієнтуватися в просторі також падає у міру дорослішання. Ці дефіцити проявляються в більш ранніх віках, ніж інші загальні показники когнітивних порушень, що свідчить про те, що деякі функції навігаційної системи є унікальними і функціонують незалежно від інших видів обробки пам'яті та інформації в гіпокампі.

Найбільш вразливі структури в старіючому мозку - це ті, що кодують рух, наприклад, енторіальна кора. Стрільба по клітинах місця гіпокампа також стає нестабільною у старших щурів. Важливо зазначити, що структури, відповідальні за орієнтацію нас у просторі, також є найбільш вразливими до патології хвороби Альцгеймера, вказуючи на порушення навігації як потенційний ранній діагностичний критерій для цього та інших нейродегенеративних станів, таких як хвороба Паркінсона.

Наше повсякденне життя наповнене рішеннями, як свідомими, так і несвідомими. Але, як виявляється все більша кількість доказів, наш мозок здатний подорожувати стільки ж шляхом, який ми обираємо, як і тих, яких ми відмовляємось.

Продовжуючи вивчати складні взаємозв'язки між просторовою навігацією, пам'яттю та нейродегенерацією, ми можемо виявити, що час, який ми витрачаємо на роздуми про те, що могло б бути, є настільки ж важливим, як і час, який ми витрачаємо на активне планування. І хоча зниження когнітивних функцій прийняте як звичайна частина дорослішання, утримання цих функцій за допомогою простих розумових вправ, таких як головоломки, ігри в слова або читання, може допомогти зберегти ці нервові шляхи. Таким же чином, ми можемо здійснювати наші навігаційні системи, складаючи схеми курсів за шляхами, якими нам ще потрібно пройти. Тож наступного разу, коли ви опинитесь намагатись повернути свій розум до завдання, що експериментує, експериментуйте, дозволяючи йому трохи блукати далі.

Ця стаття спочатку з'явилася на Знаючи нейронів

Список використаної літератури:

Бакнер, Р.Л. (2010). Роль гіпокампу в передбаченні та уяві. Щорічний огляд психології 61, 27-48.

Coughlan, G., Coutrot, A., Khondoker, M., Minihane, A., Spiers, H., & Hornberger, M. (2019). До персоніфікованої когнітивної діагностики хвороби Альцгеймера з генетичним ризиком. PNAS 116(19), 9285-9292.

Diersch, N., & Wolbers, T. (2019). Потенціал віртуальної реальності для просторових навігаційних досліджень протягом усього життя дорослих. Журнал експериментальної біології 222, jeb187252 doi: 10.1242 / jeb.187252

Айхенбаум Х., Дудченко П., Вуд Е., Шапіро М., Таніла Х. (1999). Клітини гіпокампу, пам’яті та місця. НейронФункціональна одиниця нервової системи, нервова клітина, яка ..., 23(2), 209-226.

Джокомо, Л.М. (2015). Просторове уявлення: Карти фрагментованого простору. Сучасна біологія, 25(9), R362-R363.

Kay, K., Chung, JE, Sosa, M., Schor, JS, Karlsson, MP, Larkin, MC, Liu, DF, і Frank, LM (2020). Постійне підсекундне циклічність між уявленнями про можливе майбутнє в гіпокампі. Камера, 180(3), 552-567.

Лестер, AW, Moffat, SD, Wiener, JM, Barnes, CA, & Wolbers, T. (2017). Старіння навігаційної системи. Нейрон 95(5), 1019-1035.

книги_науки