Як мозок орієнтується у великих просторах

Нейрони-картографи запам'ятовують кілька різних ландшафтів різного розміру.


Щоб орієнтуватися в просторі, у мозку є подвійна система навігації. У неї входять так звані grid-нейрони, або нейрони решітки, і нейрони місця. Нейрони решітки - це щось на зразок системи GPS: під час руху вони включаються за особливою схемою, розбиваючи простір на шестикутні фрагменти, роблячи його схожим на величезну решітку. Нейрони решітки задають систему координат, в якій мозку зручно описувати конкретний ландшафт і власні переміщення в просторі.


Нейрони місця - це клітини-картографи. Вони активуються у відповідь на сукупні особливості ландшафту, запам'ятовуючи якесь нове місце, де виявився індивідуум. Нейрони місця знаходяться в гіпокампі, який називають одним з головних центрів пам'яті в мозку. Безліч експериментів показали, що в гіпокампі дійсно зберігаються різні карти місцевості. За відкриття нейронів решітки і нейронів місця в 2014 році була присуджена Нобелівська премія.

Однак з нейронами-картографами залишалася одна проблема. Їхню роботу вивчали на мишах, яких запускали досліджувати зовсім невеликий простір, площею кілька десятків квадратних сантиметрів. З експериментів випливало, що кожен окремо взятий нейрон місця запам'ятовує тільки якесь одне місце. Але в реальності нам - та й мишам теж - доводиться мати справу з ландшафтами і територіями, набагато більшими, ніж кілька десятків сантиметрів. І якщо порахувати, скільки нейронів потрібно, щоб запам'ятовувати реальні ландшафти, то вийде, що у мозку в гіпокампі просто немає стільки нервових клітин.

Наприклад, якщо взяти кажанів, то число нейронів у їхньому гіпокампі дорівнює 10⁵, тоді як для того, щоб орієнтуватися в їх багатокілометрових польотах, число нейронів має бути 10 ^ - 10¹⁵. Щоб зрозуміти, як працює система навігації на великих територіях, співробітники Інституту Вейцмана поставили експеримент з єгипетськими летючими собаками, які летіли по тунелю довжиною 200 метрів. Активність нейронів гіпокампа відстежували за допомогою вживлених у мозок електродів, а точне положення кажанів оцінювали за допомогою спеціальних антен, які дуже точно стежили за переміщеннями тварин.

У статті в Science автори роботи пишуть, що насправді нейрони місця реагують і запам'ятовують не якесь одне-єдине місце, а багато місць. Більше того, ці ландшафти, за які відповідає нейрон місця, можуть двадцятиразово відрізнятися один від одного за величиною. Тобто один і той же нейрон кодує не просто різні місця, але місця різного масштабу.

Дослідники не просто констатували, що нейрони місця працюють не так, як вважалося, а й розшифрували новий просторовий код і змоделювали його за допомогою машинних алгоритмів. Комп'ютерна модель показала, що якщо на малих масштабах цей код так само ефективний, як і інші варіанти кодування місцевості, то на великих територіях він працює з більшою точністю. Можна припустити, що та ж система просторового кодування працює і у інших ссавців, які подорожують частіше і далі, ніж кажани.

COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND