kopsavilkums: Garīgās kartes tiek aktivizētas smadzenēs, domājot par pieredzes secībām, pat bez fiziskas kustības. Pētījumā ar dzīvniekiem viņi atklāja, ka entorinālajā garozā ir kognitīvā pieredzes karte, kas tiek aktivizēta garīgās simulācijas laikā.
Šis ir pirmais pētījums, kas parāda garīgās simulācijas šūnu bāzi netelpiskā jomā. Rezultāti varētu uzlabot mūsu izpratni par smadzeņu darbību un atmiņas veidošanos.
Atslēgas fakti:
- Garīgās kartes tiek izveidotas un aktivizētas bez fiziskas kustības.
- Entorinālajā garozā ir kognitīvās pieredzes kartes.
- Šis pētījums sniedz ieskatu garīgās simulācijas šūnu bāzē.
avots: Masačūsetsas Tehnoloģiju institūts
Dodoties pa ierasto maršrutu uz darbu vai pārtikas preču veikalu, jūsu smadzenes mijiedarbojas ar kognitīvajām kartēm, kas glabājas hipokampā un entorinālajā garozā. Šajās kartēs ir saglabāta informācija par jūsu veiktajiem maršrutiem un vietām, kuras esat apmeklējis iepriekš, lai jūs varētu pārvietoties, kad dodaties uz turieni.
Jauns MIT pētījums atklāja, ka šādas garīgās kartes tiek izveidotas un aktivizētas arī tad, kad domājat tikai par pieredzes secībām, ja nav fiziskas kustības vai sensora ievades.
Pētījumā ar dzīvniekiem pētnieki atklāja, ka entorinālajā garozā ir kognitīvā karte par to, ko dzīvnieki piedzīvo, izmantojot kursorsviru, lai ritinātu attēlu sēriju. Šīs kognitīvās kartes pēc tam tiek aktivizētas, domājot par šīm sekvencēm, pat ja attēli nav redzami.
Šis ir pirmais pētījums, kas parāda garīgās simulācijas un iztēles šūnu bāzi netelpiskā domēnā, izmantojot kognitīvās kartes aktivizēšanu entorinālajā garozā.
“Šīs kognitīvās kartes tiek izmantotas, lai veiktu garīgo navigāciju bez sensora ievades vai motora izejas. Mēs varam redzēt šīs kartes parakstu,” saka Mehrdad Jazayeri, smadzeņu un kognitīvo zinātņu asociētais profesors, MIT McGovern institūta loceklis. Smadzeņu izpēte un vadošais autors Tas izpaužas, kad dzīvnieks garīgi pārdzīvo šo pieredzi.
Sujaya Neupane, Makgoverna institūta pētniece, ir galvenā raksta autore, kas parādīsies daba. Ella Vitti, MIT smadzeņu un kognitīvās zinātnes profesore, MIT McGovern smadzeņu pētniecības institūta locekle un K. Liza Janga no Integratīvās skaitļošanas neirozinātnes ir arī šī raksta autore.
Prāta kartes
Liels darbs dzīvnieku un cilvēku modeļos ir parādījis, ka fizisko atrašanās vietu attēlojumi tiek glabāti hipokampā, nelielā jūras zirdziņa formas struktūrā un tuvējā entorinālajā garozā. Šie attēlojumi tiek aktivizēti, kad dzīvnieks pārvietojas pa telpu, kurā tas ir bijis iepriekš, tieši pirms tā šķērsošanas vai kad tas guļ.
“Lielākā daļa iepriekšējo pētījumu ir vērsti uz to, kā šie reģioni atspoguļo vides struktūras un detaļas, kad dzīvnieks fiziski pārvietojas pa telpu,” saka Jazayeri.
“Kad dzīvnieks pārvietojas pa istabu, tā maņu pieredzi labi kodē neironu darbība hipokampā un entorinālajā garozā.”
Jaunajā pētījumā Jazayeri un viņa kolēģi vēlējās izpētīt, vai šīs kognitīvās kartes ir arī veidotas un pēc tam izmantotas tīri garīgos procesos vai iedomājoties kustību netelpiskos domēnos.
Lai izpētītu šo iespēju, pētnieki apmācīja dzīvniekus izmantot kursorsviru, lai izsekotu ceļu caur attēlu sēriju (“orientieriem”), kas izvietoti regulāri. Apmācības laikā dzīvniekiem tika parādīta tikai attēlu pāru apakškopa, bet ne visi pāri. Kad dzīvnieki iemācījās pārvietoties pa apmācību pāriem, pētnieki pārbaudīja, vai dzīvnieki spēj tikt galā ar jauniem pāriem, kurus viņi nekad iepriekš nebija redzējuši.
Viena iespēja ir tāda, ka dzīvnieki neapgūst secības kognitīvo karti un tā vietā risina uzdevumu, izmantojot iegaumēšanas stratēģiju. Ja tā, tad sagaidāms, ka viņiem būs grūtības ar jauniem pāriem. Tā vietā, ja dzīvnieki paļaujas uz kognitīvo karti, viņiem jāspēj vispārināt savas zināšanas jauniem pāriem.
“Rezultāti bija skaidri un nepārprotami,” saka Jazayeri. “Dzīvnieki varēja garīgi pārvietoties starp jauniem attēlu pāriem, kad tie tika pārbaudīti, un šis atklājums sniedza spēcīgus uzvedības pierādījumus par kognitīvās kartes esamību.
Lai atbildētu uz šo jautājumu, pētnieki veica ierakstus no atsevišķiem neironiem entorinālajā garozā, kamēr dzīvnieki veica šo uzdevumu.
Neironu reakcijām bija pārsteidzoša iezīme: kad dzīvnieki izmantoja kursorsviru, lai pārvietotos starp diviem orientieriem, neironi uzrādīja izteiktus aktivitātes pieaugumus, kas saistīti ar pārklājošo orientieru garīgo attēlojumu.
“Smadzenes piedzīvo šos aktivitātes izciļņus paredzētajā laikā, kad pārklājošie attēli iziet dzīvnieka acu priekšā, kas nekad nenotiek,” saka Jazayeri.
“Un laiks starp šiem izciļņiem, galvenais, bija tieši tāds laiks, kādā dzīvnieks bija gaidījis ierasties, kas šajā gadījumā bija 0,65 sekundes.”
Pētnieki arī parādīja, ka garīgās simulācijas ātrums bija saistīts ar dzīvnieku veiktspēju uzdevumā: kad tie bija nedaudz novēloti vai agri pabeidza uzdevumu, viņu smadzeņu darbība parādīja līdzīgas laika izmaiņas.
Pētnieki arī atklāja pierādījumus tam, ka garīgie attēlojumi entorinālajā garozā nekodē īpašas attēlu vizuālās iezīmes, bet gan iezīmju kārtējo izvietojumu.
Modelis mācībām
Lai turpinātu izpētīt, kā šīs kognitīvās kartes darbojas, pētnieki izveidoja skaitļošanas modeli, lai atdarinātu atrasto smadzeņu darbību un parādītu, kā tā tika ģenerēta.
Viņi izmantoja modeļa veidu, kas pazīstams kā pastāvīgās pievilcības modelis, kas sākotnēji tika izstrādāts, lai modelētu to, kā entorinālā garoza izseko dzīvnieka stāvokli, kad tas pārvietojas, pamatojoties uz sensoro ievadi.
Pētnieki pielāgoja modeli, pievienojot komponentu, kas spēj apgūt maņu ievades radītos aktivitāšu modeļus. Pēc tam šis modelis varēja iemācīties izmantot šos modeļus, lai vēlāk rekonstruētu šo pieredzi, kad nebija sensora ievades.
“Galvenais elements, kas mums bija jāpievieno, ir tas, ka šai sistēmai ir iespēja mācīties divvirzienu veidā, sazinoties ar maņu ievadi, izmantojot asociatīvo mācīšanos, ko modelis iziet, tā faktiski atjaunos šo maņu pieredzi,” saka Jazayeri.
Pētnieki tagad plāno izpētīt, kas notiek smadzenēs, ja orientieri nav vienmērīgi izvietoti vai ja tie ir sakārtoti gredzenā. Viņi arī cer reģistrēt smadzeņu darbību hipokampā un entorinālajā garozā, kad dzīvnieki pirmo reizi iemācīsies veikt navigācijas uzdevumu.
“Skatīt, kā prātā kristalizējas struktūras atmiņa un kā tas noved pie nervu darbības, kas rodas, ir patiešām vērtīgs veids, kā jautāt, kā notiek mācīšanās,” saka Jazayeri.
Finansējums: Pētījumu finansēja Kanādas Dabaszinātņu un inženierzinātņu pētniecības padome, Kvebekas pētniecības fondi, Nacionālie veselības institūti un Pola un Lilijas Ņūtona smadzeņu zinātnes balva.
Par šo atmiņu izpētes jaunumu
autors: Ebija Apazorija
avots: Masačūsetsas Tehnoloģiju institūts
komunikācija: Abby Apazourius – Masačūsetsas Tehnoloģiju institūts
bilde: Attēls pievienots Neuroscience News
Sākotnējā meklēšana: Slēgta piekļuve.
“Vektoru veidošana, izmantojot garīgo navigāciju entorinālajā garozāMehrdad Jazayeri un citi. daba
kopsavilkums
Vektoru veidošana, izmantojot garīgo navigāciju entorinālajā garozā
Kognitīvā karte ir atbilstoši organizēts attēlojums, kas ļauj veikt jaunus aprēķinus, izmantojot iepriekšējo pieredzi; Piemēram, plānojot jaunu maršrutu pazīstamā vietā. Darbs ar zīdītājiem ir atradis tiešus pierādījumus šādiem attēlojumiem ārējo sensoro ievadu klātbūtnē gan telpiskajā, gan netelpiskajā jomā.
Šeit mēs pārbaudījām sākotnējās kognitīvās kartes teorijas pamata postulātu: ka kognitīvās kartes atbalsta iekšējos aprēķinus bez ārējas ievades.
Mēs ierakstījām no pērtiķu entorinālās garozas garīgās navigācijas uzdevumā, kurā pērtiķiem bija jāizmanto kursorsvira, lai izveidotu viendimensionālus vektorus starp vizuālo orientieru pāriem, neredzot starpposma orientierus.
Pērtiķu spēja veikt uzdevumu un vispārināt jaunus pārus liecina, ka viņi paļāvās uz organizētu orientieru attēlojumu. Uzdevumu modulētie neironi uzrādīja periodiskumu un stāvumu, kas atbilst orientieru laika struktūrai, un parādīja noturīgu atraktoru tīklu parakstus.
Nepārtrauktais ceļu integrācijas atraktora tīkla modelis, kas papildināts ar hipijam līdzīgu mācību mehānismu, sniedza skaidrojumu par to, kā sistēma iekšēji atgādina orientierus.
Modelis arī sniedza negaidītu prognozi, ka iekšējie orientieri īslaicīgi palēnina ceļa integrāciju, atiestatot dinamiku un tādējādi samazinot mainīgumu. Šī prognoze tika apstiprināta šaušanas ātruma mainīguma un uzvedības atkārtotā analīzē.
Mūsu atklājumi saista organizētos aktivitāšu modeļus entorinālajā garozā ar kognitīvās kartes endogēno piesaisti garīgās navigācijas laikā.
