Мозок спотворює простір

Мозок спотворює простір
Зміна активності нейронів решітки, коли пацюк шукає щось смачне, відповідає тому, як вузол координатної сітки змістився ближче до шуканої мети (ілюстрація: Charlotte Bossara / Universitety of Oslo)

Мозок спотворює простір в залежності від власних цілей… але спотворює він, звичайно, не реальний простір, а нейронну систему координат, яка допомагає орієнтуватися на місцевості.

Мозок спотворює простір
Серед нейронів середньої енторінальної кори (на фото) є особливі нейрони решітки, які розкреслюють навколишній простір на шестикутні ділянки (Фото: Kavil Institute for Systems Neuroscience NTNU)

Для орієнтації в просторі в мозку є два типи нейронів. Перші сидять в гіпокампі і зберігають різні особливості навколишнього ландшафту. Іншими словами, вони утримують карти місцевості, і кожна карта кодується особливою комбінацією клітин. Ці нейрони так і назвали – нейрони місця. Інші, які сидять в енторінальній корі, по черзі збуджуються, поки індивідуум пересувається в просторі, – тобто вони відзначають ділянки території. Їх особливість в тому, що включаються такі нейрони за особливою схемою, розбиваючи простір на шестикутні фрагменти, роблячи його схожим на величезну решітку. Звідси і їх назва – grid-нейрони, або нейрони решітки. Вони задають систему координат, в якій мозку зручно описувати конкретний ландшафт і власне переміщення в просторі. За відкриття обох типів нейронів навігації в 2014 році дали Нобелівську премію з фізіології і медицині.

Здавалося б, нейрони решітки (які ще називають GPS-системою мозку), повинні завжди працювати однаково, незалежно від того, що ми думаємо і відчуваємо – адже вони просто дають систему координат. Але насправді нейронна координатна решітка може спотворюватися. Дослідники з Австрійського науково-технологічного інституту садили щурів на особливу поверхню, покриту періодичними ямками. У трьох ямках ховали частування, яке пацюк повинен був знайти. Щоб тварини не знайшли його відразу по запаху, всю поверхню присипали пилом, зробленим з того ж самого частування; в результаті щур повинен був перевіряти ямку за ямкою, поки не знайде потрібне. Тварини поступово вивчали, де лежить їжа, і потім вже цілеспрямовано йшли до потрібного отвору. На наступний день експеримент повторювали, але їжу перекладали з колишньої ямки в іншу.

Одночасно у щурів записували активність нейронів місця і нейронів решітки. Виявилося, що очікування нагороди впливало на активність тих і інших. Власне, від нейронів місця, напевно, можна було очікувати, що вони підуть на поводу у бажань, але було дивно, що і нейрони решітки можуть змінити координатну сітку в залежності від того, яка мета у індивідуума в даний момент. Наприклад, як йдеться у статті в Science, якщо чергове частування очікувалося по праву сторону від щура, то і серед нейронів решітки активніше працювали ті, які відповідали правим вузлам координатної сітки; ліві ж працювали слабкіше.

Самі нервові клітини, звичайно, не змінювали становище в мозку, але їх активність, що змінювалася, давала спотворення координатних шестикутників (тобто подорожі через різні координати відповідає активність тих чи інших нейронів решітки) – буцімто вершина шестикутника притягувалася ближче до точки з їжею. Відповідно, якщо частування перекладали з місця на місце, активність нейронів навігації змінювалася – вузли координатної сітки починали зміщуватися в інші сторони.

В експериментах іншої дослідницької групи із Стенфорда, щури теж шукали їжу в поглибленнях на підлозі, причому коли щури наближалися до правильного місця, вони чули якийсь звук. Поступово тварини зрозуміли, що звук означає місце з їжею. І звук, як виявилося, впливав на нейрони решітки. Коли щур наближався до місця з їжею і чув звуковий сигнал, що їжа поруч, активність нейронів решітки змінювалася: ті, які повинні були розмічати територію з їжею, починали активніше генерувати імпульси, до того ж нейрони вибудовували більш щільну решітку, щоб отримати більш детальну розмітку місцевості. Результати цих експериментів також описані в Science.

Іншими словами, система навігації не тільки прислухається до тих цілей, які змушують суб’єкта нишпорити навколо, вона ще й збирає інформацію від інших сенсорних систем, щоб допомогти зорієнтуватися в тій частині місцевості, яка нас цікавить. Ми говоримо «нас», тому що, хоча експерименти ставили на щурах, система навігації нейронів місця і нейронів решітки, очевидно, властива всім ссавцям. І ми візьмемо на себе сміливість сказати, що багато хто з нас самі відчували, як нейрони решітки спотворюють простір – коли місце, до якого ви хочете дістатися, виявляється далі, ніж здавалося.

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*