Как мозг ориентируется в пространстве вслепую: открытие нейробиологов

Итак, что же выяснили учёные? Они детально показали, как содружество нейронов в гиппокампе рисует для нас подробную карту местности и отслеживает нашу скорость. Журнал Nature Neuroscience опубликовал это исследование, которое подтвердило: наш внутренний навигатор не паникует, даже когда выключается свет. Он переключается на внутренние расчёты.

«Представьте: вы движетесь в пространстве, и на вас обрушивается поток противоречивых сенсорных сигналов. Они кричат о том, где вы и как быстро идёте. Мозг должен всё это обработать и выдать вам ясную картину», — объясняет соавтор работы Ноа Коуэн. Сложная задача, не правда ли?

В гиппокампе за это отвечают специализированные «сотрудники». Нейроны места отмечают на карте ваше текущее положение. Нейроны скорости замеряют, как быстро вы перемещаетесь. Вместе с нейронами направления головы, нейронами решётки и границы они образуют слаженный ансамбль, который и создаёт целостную когнитивную карту. Наш персональный «Яндекс.Карты» на биологической основе.

Простой пример: идёте вы по длинному туннелю с разметкой на стенах. Других ориентиров нет. Мозг ловит, с какой скоростью эта разметка проносится мимо, и на основе этого вычисляет, какое расстояние вы уже преодолели и где находитесь относительно входа и выхода. Элегантная система!

Но учёные задались каверзным вопросом: а что будет, если эти ориентиры начнут двигаться сами или вовсе исчезнут? Как тогда мозг сориентируется? Чтобы получить ответ, нейробиологи поставили изящный эксперимент с крысами. Игра началась.

Эксперимент в темноте: когда карта лжёт

Крысу поместили под купол, усыпанный светящимися полосами. Чтобы заставить грызунов двигаться по кругу, их соблазняли каплями шоколадного молока. Полосы служили для мозга подсказками о скорости и местоположении. Датчики в реальном времени считывали активность нейронов места и скорости, показывая, как в голове у животного формируется карта маршрута.

А потом учёные включили «трюк». Они заставили полосы вращаться в сторону, противоположную движению крысы. И что же? Судя по реакции нейронов, крысы были свято уверены, что несутся в два раза быстрее! Их внутренняя карта тут же исказилась, сдвинув «точку» их нахождения.

Следующий шаг был радикальнее: полосы погасили, погрузив крысу в темноту. И вот тут — сюрприз! Животное по-прежнему думало, что движется быстрее, чем на самом деле. Его мозг, оставшись без внешних подсказок, продолжал оценивать скорость «по памяти», основываясь на предыдущем, обманчивом опыте. Удивительная инерция восприятия!

Зачем это нужно? От деменции до роботов

Это открытие дарит нам ценные insights в двух огромных областях. Во-первых, оно проливает свет на работу гиппокампа — той самой области, которая первой и сильнее всего страдает при болезни Альцгеймера и других формах деменции. Во-вторых, оно даёт нам более чёткий ответ на вековой вопрос: как же живые существа ориентируются в этом мире?

«Поскольку навигационная система в мозге тесно переплетена с системой памяти, мы надеемся, что, поняв принципы построения когнитивных карт, мы сможем разобраться, почему память слабеет с возрастом и при деменции», — пишут исследователи.

Есть здесь и практический выход для технологий. Ноа Коуэн отмечает, что понимание этих принципов может помочь в создании более совершенных алгоритмов для роботов, которым тоже нужно обрабатывать визуальную информацию и понимать своё место в пространстве. Природа — гениальный инженер, и нам есть чему у неё поучиться.