Перстень нейронів у зоровому бугрі реагує на повороти голови, визначаючи її напрямок.
Нейрони, які відповідають за орієнтацію в просторі, відкрили досить давно, і за них навіть встигли дати Нобелівську премію. Частина нейронів навігації в прямому сенсі працюють картографами - вони зберігають карти конкретних місць. Інші нейрони 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. Нейрони решітки чимось схожі на GPS-систему. Про який компас у такому випадку мова?
Ми завжди знаємо, де у нас право, де ліво, в яку сторону повернута голова, в яку сторону ми йдемо. Якщо ми дивимося на справжній компас, то з ним все зрозуміло: стрілка відхиляється туди або сюди, і ми розуміємо, що йдемо на північний захід, або північний схід або куди ще. Але якщо ми маємо справу з мозком, то, очевидно, тут потрібно стежити за активністю нейронів: коли ми повертаємо голову, то одні нейрони включаються, а інші вимикаються. Ці нейрони виконують іншу роботу, ніж нейрони решітки і нейрони-картографи, і відомо, що розташовуються вони в зоровому бугрі, або таламусі, точніше, в тій його частині, яка називається антеродорсальним (тобто переднеспинним) таламічним ядром. Таламус служить сенсорним хабом - до нього стікаються нейронні сигнали від усіх органів почуттів, крім нюху, так що природно, що в ньому знаходиться і нейронний «компас», що визначає напрямок голови.
Дослідники з Техаського університету в Остіні і Массачусетського технологічного інституту записали активність безлічі нейронів антеродорсального ядра в мозку миші, поки сама миша вільно бігала. Роботу тих нейронів, які реагували на повороти голови, потім аналізували за допомогою топологічних методів. У статті в Nature Neuroscience сказано, що кілька тисяч таких клітин утворюють вигнуту кільцеобразну структуру. (Подібне кільце раніше відкрили в мозку дрозофіли.) Різнорідні відомості, які надходять в мозок ззовні, це кільце перетворює на інформацію про те, в якому напрямку голова - поворот голови відповідає включенню нейронів в тому чи іншому сегменті кільця. Причому якщо якийсь нейрон помилиться, його виправлять сусіди, тобто активність нервових клітин притягується до певної траєкторії, як в математичних атракторах.
Навіть уві сні, коли нейрони майже відключені від зовнішнього світу, «компас» -кільце все одно працювало - швидше за все, тому, що навіть уві сні голова все одно кудись спрямована, і компас цей напрямок все одно відчуває. Щоправда, уві сні форма і розміри кільця змінювалися - інше число клітин аналізувало положення голови, і спиралися на інформацію іншого роду, ніж під час пильнування.
В даному випадку важливо не тільки те, що вдалося виявити «компас», але і те, що дослідникам вперше вдалося побачити нейронну систему, яка перетворює безліч конкретних фактів на досить абстрактну інформацію - як абстрактний напрямок голови виходить з конкретних подразників, що діють на органи почуттів. Можливо, що й інші когнітивні процеси, що спираються на узагальнення, виконуються в схожих нейронних структурах, які, втім, можуть мати саму різну форму.