Больше не заблудитесь: в мозге нашли компас, работающий независимо от местности

Ученые из Пенсильванского университета сделали важное открытие, обнаружив своеобразный "компас" в мозге человека, который помогает ориентироваться на местности, отслеживая направление взгляда. Результаты исследования, опубликованные в Journal of Neuroscience, проливают свет на механизмы навигации в пространстве.

В исследовании приняли участие 15 добровольцев, которых посадили за руль виртуального такси, а в реальности положили в фМРТ-сканер, чтобы отслеживать активность мозга во время навигации. Участникам была поставлена задача ориентироваться в пространстве.

Испытуемым дали задание найти пассажира и отвезти его сначала в один магазин, потом в другой, что требовало активного перемещения по виртуальному городу. Это помогло смоделировать реальные условия навигации.

Визуальные условия: два города с разной текстурой

Участники катались по дорогам двух городов с идентичной планировкой, но разными визуальными текстурами (обычный город и его постапокалиптическая версия), чтобы оценить влияние визуальных факторов на работу "компаса".

Для анализа данных использовалась сложная методика воксельной кодирующей модели, чтобы отличить нейронную активность, связанную с направлением взгляда, от мощных сигналов зрительного потока, что позволило получить точные результаты.

Выявлены два участка коры, которые показали устойчивую активность, связанную с направлением взгляда: ретроспленальная кора (Retrosplenial Complex, RSC) и верхняя теменная доля (Superior Parietal Lobule, SPL), что является новым открытием.

Вместе они играют роль компаса, включающегося при изменении направления и ослабляющего активность при его сохранении, что является ключевым элементом.

Стабильность "компаса": независимость от визуальных данных

Этот "компас" оказался невероятно стабильным — его сигнал одинаково хорошо определялся в двух визуально различных, но пространственно идентичных городах, что говорит о надежности механизма.

Более того, модель, обученная на данных одного города, предсказывала активность в другом, что подтверждает универсальность механизма. Это говорит о его устойчивости.

"Показания компаса" сравнили в разных районах города и убедились, что они кодируют именно направление, а не особенности конкретного места. Это является важным фактором.

Независимость от задачи: ориентация, а не цель

Проверили также, что работа компаса никак не зависит от задачи (поиск пассажира или его доставка) — то есть она связана именно с ориентацией, а не целью движения или мотивацией, что указывает на его автономность.

Интересно, что пики активности в вокселях RSC и SPL равномерно распределены по всем направлениям, как и должно быть у настоящего компаса. Это является интересным фактом.

А минимумы активности концентрированы вокруг основных осей среды, особенно направлений Север и Юг, что говорит о принципах работы механизма.

Это говорит о том, что мозг кодирует направление относительно главной оси окружающей среды, например, "на 45° к востоку от севера", а не в абсолютных величинах, что очень важно для навигации.

"Потеря чувства направления может происходить при нейродегенеративных заболеваниях, поэтому дальнейшее изучение функции этих двух областей мозга может помочь в раннем выявлении или отслеживании прогрессирования этих заболеваний. Нас также интересует, как люди ориентируются в пространстве, используя как визуальные, так и внутренние сигналы — это связано с проблемами, с которыми сталкиваются люди с ослабленным зрением", — пояснил профессор Рассел Эпштейн, что говорит о важности дальнейших исследований.

Выводы: критическая роль RSC и SPL

Таким образом, RSC и SPL играют критически важную роль в поддержании чувства направления, и этот внутренний "компас" основан на глобальной структуре окружающей среды, а не на локальных признаках, что является ключевым фактором.

Это подобно найденным ранее нейронам направления головы у грызунов, что указывает на общие принципы навигации в мозге различных видов.

Интересные факты о мозге:

Мозг человека состоит примерно из 86 миллиардов нейронов.
Мозг потребляет около 20% всей энергии, которую использует организм.
Каждый нейрон может иметь до 10 000 связей с другими нейронами.

Открытие "компаса" в мозге человека, связанного с ретроспленальной корой и верхней теменной долей, является важным шагом в понимании механизмов навигации. Дальнейшие исследования в этой области могут помочь в диагностике и лечении нейродегенеративных заболеваний и улучшении качества жизни людей с нарушениями зрения.