...

Jak działa prędkościomierz mózgu?

w mózgu ssaków tworzona jest swoista wewnętrzna mapa otoczenia, na podstawie której mózg ocenia położenie organizmu w przestrzeni. Naukowcy z Johns Hopkins University przeprowadzili badanie, którego wyniki pozwalają lepiej zrozumieć jej funkcjonowanie.

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.

Bibliografia

Jayakumar R.P., Madhav M.S., Savelli F., Blair H.T., Cowan N.J., Knierim J.J. Recalibration of path integration in hippocampal place cells. Nature, 2019

Udostępnij:
Facebook
Twitter
LinkedIn

Ostatnie wpisy:

Podziel się opinią!

polecane wpisy:

Hirudoterapia – sposób na migenę?

Nie masz dostępu do tych treści Wygląda na to, że nie masz rangi Czytelnik, aby ją otrzymać zaloguj się klikając na przycisk poniżej. Przejdź do logowania Nie masz jeszcze konta? Dołącz do nas! Logowanie

Dzieci powinny czytać

W młodym wieku zachodzą kluczowe procesy plastyczności neuronalnej, które są istotne dla rozwoju mózgu. Dlatego warto wspierać u dzieci zachowania kształtujące ich rozwój, ponieważ mogą okazać się korzystne w dorosłym życiu. Przykładem takiego zachowania jest czytanie książek, czyli jedna z...

Archiwum: