W mózgu człowieka, ale także innych ssaków, znajdują się specjalne ośrodki odpowiedzialne za określanie położenia organizmu w przestrzeni oraz za monitorowanie prędkości poruszania się. Wykorzystują one w tym celu informacje wzrokowe o otoczeniu, a także bodźce dotyczące własnego ciała, np. jak dużą odległość przebywa się jednym krokiem. Proces ten nazywany jest integracją ścieżek.
“Drugi typ sygnalizacji pochodzi z własnego ruchu w otoczeniu, tak jakby posiadać wewnętrzny prędkościomierz albo licznik kroków – mówi dr Ravikrishnan Jayakumar, współautor badania. – Obliczając dystans w czasie, w oparciu o własną szybkość lub sumując kroki, mózg może oszacować, jak daleko się przemieściliśmy, nawet jeśli brakuje punktów orientacyjnych, na których można się oprzeć.”
Naukowcy z Johns Hopkins University w Stanach Zjednoczonych podjęli się nalezienia odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób mózg ocenia dystans przebyty w określonym czasie. Zespół przyjął a priori hipotezę, iż odbywa się to dzięki obserwacji punktów orientacyjnych, a manipulacja otoczeniem wpłynie na ocenę prędkości poruszania się.
W celu sprawdzenia prawdziwości tej hipotezy skonstruowano urządzenie składające się z bieżni i przykrywającej ją kopuły, na której wyświetlano obrazy pełniące rolę punktów orientacyjnych. Podczas gdy szczur poruszał się po bieżni, kształty były przesuwane z różną prędkością, sprawiając wrażenie, że zwierzę biegnie wolniej lub szybciej niż w rzeczywistości.
“Hipokamp i sąsiednie regiony w mózgu pomagają nam zrozumieć, w którym miejscu w otoczeniu się znajdujemy – mówi dr hab. Manu Madhav, współautor badania. – Obserwując wzorce aktywności neuronów w tych obszarach, możemy lepiej zrozumie, jak mapujemy nasze położenie.”
Naukowcy monitorowali aktywność neuronów miejsca – komórek nerwowych znajdujących się w obrębie hipokampa, które uaktywniają się jedynie w tym czasie, gdy zwierze przebywa w określonym punkcie w przestrzeni. Tak więc pojedynczy neuron miejsca mózg zostać powtórnie aktywowany, gdy szczur był przekonany, że pokonał pełne okrążenie na bieżni. Porównując pobudzenie neuronów miejsca z faktycznym dystansem, jaki pokonały zwierzęta, naukowcy mogli ocenić, jak bardzo zmienia się ich ocena własnej prędkości.
“Zawsze było wiadomo, że zwierzęta muszą w trakcie rozwoju rekalibrować własne wskazówki dotyczące ruchu, na przykład nogi zwierzęcia wydłużają się wraz z upływem czasu, co wpływa na ocenę jaki dystans mogą pokonać pojedynczymi krokami – mówi dr hab. Manu Madhav. – Jednak nasze laboratorium wykazało, że ponowna kalibracja może odbyć się z minuty na minutę, nawet w wieku dorosłym. Nieustannie aktualizujemy model tego, w jaki sposób nasze ruchy w otoczeniu uaktualnia nasze położenie na wewnętrznej mapie w naszej głowie.”
Zgodnie z przewidywaniami – manipulacja punktami orientacyjnymi spowodowała zaburzenia oceny własnej prędkości u zwierząt. Kiedy kształty poruszały się szybciej, szczury były przekonane, iż wcześniej niż w rzeczywistości pokonały pełne okrążenie. Odwrotna sytuacja miała miejsce, gdy punkty orientacyjne przesuwały się wolniej. Co więcej, gdy zaprzestano ich wyświetlania, ten błąd utrzymywał się, a zwierzęta wciąż były przekonane, że biegną szybciej lub wolniej niż w rzeczywistości.
Odkrycia poczynione podczas badania mogą pomóc zrozumieć funkcjonowanie pamięci – wydarzenia w niej zapisywane mają miejsce w konkretnym czasie i otoczeniu, zaś swoistym ośrodkiem pamięci długotrwałej jest hipokamp, w którym znajdują się również neurony miejsca. Wiadomo też, iż to właśnie pogorszenie orientacji w przestrzeni stanowi jeden z pierwszych objawów choroby Alzheimera, w której przebiegu niszczone są komórki hipokampa. Naukowcy planują dalsze badania, podczas których spróbują ustalić, w jaki sposób koordynowana jest aktywność tego obszaru oraz innych części mózgu oraz jak tworzony jest wewnętrzny spójny obraz świata.
