Нейроны на страже ориентации

Американские ученые под руководством Тэккери Брауна с помощью математической и экспериментальной моделей выяснили, что взаимодействие гиппокампа и префронтальной коры головного мозга позволяет людям планировать и прокладывать свой маршрут из одной точки в другую. Исследование было опубликовано в журнале Science.

Способность представлять будущее является основным аспектом целенаправленного поведения. Умение моделировать предстоящие события основывается на нейронных механизмах, лежащих в основе эпизодической и декларативной памяти. Первая система памяти — эпизодическая — хранит воспоминания о прошлом и является частью второй системы памяти — декларативной, в которой «записаны» обобщенные знания о мире. Гиппокамп — парная структура головного мозга, выполняющая функцию хранилища кратковременной памяти и последующего перевода ее в долговременную память, — содействует извлечению из эпизодической памяти информации об окружающем пространстве у людей и грызунов.

Уже доказано, что нейроны гиппокампа (их также называют нейроны места) крысы могут обрабатывать информацию о пространстве.

Эти клетки активизируются в зависимости от положения грызуна либо его головы в определенном месте. Открытие пространственных нейронов навело ученых на мысль о том, что гиппокамп отвечает за составление мысленных «карт местности» и поиск коротких путей между хорошо известными местами. Нефункционирующий гиппокамп, в свою очередь, вызывает потерю ориентации на местности, что является одним из наиболее распространенных симптомов амнезии.

В ходе последнего исследования ученые из Стэнфордского университета, Университета Сан-Хосе и Нью-Йоркского университета пользовались методикой функциональной магнитно-резонансной томографии высокого разрешения, чтобы одновременно

зафиксировать визуализированную информацию, демонстрирующую работу человеческого гиппокампа и других областей мозга.

В первый день эксперимента испытуемые учились ориентироваться в виртуальной среде, имеющей пять локаций, расположенных на окружности. Каждая локация была помечена парой фрактальных изображений.

Во второй день испытуемые должны были начать эксперимент в одной из пяти точек. Их точку обзора переместили, и с помощью только одного фрактального рисунка участники должны были спланировать кратчайший маршрут с текущей позиции к конечной цели. Параллельно активность мозга участников исследовали на томографе. Во время сканирования мозга испытуемые планировали и осуществляли по 160 перемещений между локациями, что позволило отследить и проанализировать, как нейроны головного мозга задействованы в просчитывании пути.

Исследователи также проверили, как кодирование гиппокампом информации для ее последующего запоминания связано с функциями коры головного мозга. Оказалось, что

периренальная кора кодирует сигнал о состоянии окружающей среды, а парагиппокампальная кора, примыкающая к гиппокампу, кодирует сигналы о положении тела в пространстве.

В ходе работы были получены уникальные детализированные данные о работе мозга при выстраивании маршрута: так, исследователи увидели, какие группы нейронов активируются при виде промежуточной цели, говорившей о том, что человек на верном пути, а также поняли, что происходит в мозге, когда он отличает подобные промежуточные цели от тех объектов, которых не должно быть на правильной дороге.

Ранее ученые получали и другие данные о том, как нейроны мозга участвуют в «картографировании местности». Так, специалисты из Нью-Йоркского университета обнаружили, что нейроны места активны даже во время сна. Опыт, проведенный на мышах, показал, что во время фазы медленного сна, которая является основной для закрепления декларативных воспоминаний, активность нейронов места увеличивалась в 10 раз по сравнению с фазой быстрого сна и состоянием бодрствования.

Иначе говоря, мозг всегда — даже во сне — осознает положение тела в пространстве.

Британские ученые исследовали нейроны координатной сетки (grid-нейроны — они формируют двумерную карту пространства, которая имеет вполне определенную, правильную геометрическую структуру) людей и выяснили, что они активизируются у здоровых людей, когда те представляют, что движутся в пространстве. Участникам эксперимента показывали изображение горного ландшафта, который они должны были узнать среди изображений четырех пейзажей, сделанных с разного ракурса. Нейронная активность участников в процессе идентификации ландшафта показала, что нейроны участвуют и в координации движения, и в когнитивном процессе.