GPS в нашем мозге: Нобелевская премия по физиологии и медицине 2014
Каким образом мы определяем свое положение в пространстве? Как мы ежедневно находим дорогу с работы домой даже тогда, когда заходим по пути в магазин? Способность ориентироваться в пространстве — одна из жизненно важных функций мозга всех животных, однако долгое время ученые не могли сойтись во мнении, как мозгу это удается. В 2014 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине получили исследователи «навигационной системы» мозга.
| ||
Иммануил Кант в «Критике чистого разума» предположил, что некоторые возможности головного мозга обеспечиваются его врожденными качествами, в том числе, возможность ориентироваться в пространстве и времени. Однако почти до
Первым ученым, поддержавшим идею существования в мозге своеобразной «карты местности», был Эдвард Толмэн (Edward Tolman), изучавший обучение крыс навигации. В 1948 году он предположил, что после изучения окружающего пространства в головном мозге животного формируется когнитивная карта, которая помогает в дальнейшем выбирать оптимальный маршрут [1]. В то время мало кто из коллег его поддержал; сильными позициями обладало представление бихевиористов: выбор пути осуществляется за счет последовательных двигательных реакций в ответ на внешние стимулы. Только через десть лет был разработан метод, позволивший проверить гипотезу Толмэна экспериментально — вживление в мозг животных электродов для длительной записи активности нейронов. Обнаружение «клеток места»
Джон О’Киф начал работать в Университетском колледже Лондона в конце
Справа — схематическое изображение мозга крысы; оранжевым отмечен гиппокамп, в котором находятся «клетки места». Слева — клетка, по которой крыса может свободно передвигаться; линии показывают пути движения животного. Когда крыса находится в точках, отмеченных оранжевым, определенная «клетка места» активируется.
Первые публикации и выступления О’Кифа с рассказом об удивительных «клетках места» и ментальной карте пространства вызывали скептическую реакцию его коллег. Но за первыми экспериментами последовали новые подтверждения, и к началу
Открытие «клеток координатной оси»
После завершения аспирантуры в родной Норвегии Мэй-Бритт и Эдвард Мозер около года провели, работая заграницей — сначала в Эдинбурге, в лаборатории Ричарда Морриса, а потом в Лондоне, в лаборатории Джона О’Кифа. В лаборатории О’Кифа они заинтересовались изучением работы «клеток места» и роли гиппокампа в пространственном ориентировании. После своего возвращения в Норвегию в 1996 году они приступили к новым экспериментам, чтобы выяснить, участвуют ли еще какие-либо зоны мозга в работе ментальной карты. При этом они усовершенствовали экспериментальную установку О’Кифа, дав крысе возможность передвигаться на достаточно большие расстояния (несколько метров, тогда как у О’Кифа это были
Справа — схематическое изображение мозга крысы; голубым отмечена энторинальная кора, в которой находятся «клетки координатной сетки». Слева — клетка, по которой крыса может свободно передвигаться. Линии показывают пути движения животного; когда крыса находится в точках, отмеченных голубым, определенная «клетка координатной сетки» активируется. В совокупности эти точки образуют гексагональную сетку.
Поведение «клеток координатной сетки» оказалось еще более удивительным, чем поведение «клеток места». Отдельные нейроны, описанные супругами Мозер, активировались, когда крыса находилась в нескольких точках поля. При этом вместе эти точки поля образовывали шестиугольник, а в совокупности с точками активности других нейронов — целую гексагональную сеть, отчего эти нейроны и получили свое название. Такая сеть, покрывающая все окружающее пространство, помогает мозгу определять расстояния, а не только положение животного в пространстве.
Другие элементы «GPS-системы мозга»
Исследования О’Кифа и Мозер вызвали большой интерес у нейрофизиологов и побудили многих ученых обратиться к этой теме. Постепенно были открыты и другие элементы этой внутренней системы ориентации — «клетки направления» (head direction cells), расположенные в основании гиппокампа (субикулуме), и «краевые клетки» (border cells), расположенные в гиппокампе и близлежащих областях мозга (гиппокампальной формации). «Клетки направления» работают как компас, определяя, в какую сторону направлена голова животного. «Краевые клетки» помогают «отметить на карте» расположение стен, ограничивающих территорию. Кроме того, были обнаружены клетки со смешанной активностью (рис. 3).
«клетки места» в гиппокампе (А), «клетки направления» в субикулуме (Б), «клетки координатной сетки» в энторинальной коре (В).
За последние годы исследователи узнали много нового о том, как работает ориентационная система головного мозга, и теперь могут гораздо подробнее объяснить, как животные создают ментальную карту окружающей местности. Еще одним подтверждением того, что Кант был прав в своих рассуждениях о восприятии человеком пространства, служит недавнее открытие врожденности пространственной системы мозга. В 2010 году две команды исследователей независимо друг от друга обнаружили, что у маленьких крысят, впервые в жизни отправившихся на прогулку, уже есть нормально работающие «клетки места» и «клетки направления», и только «клетки координатной сетки» появляются немного позже. Получается, что основные компоненты системы пространственного восприятия формируются у млекопитающих еще до приобретения ими какого-либо опыта навигации [4].
Впервые системы ориентации была обнаружена у крыс; позже она была описана у мышей и других млекопитающих, в том числе летучих мышей и обезьян. Причем оказалось, что работа этих клеток может немного изменяться в зависимости от особенностей поведения животных. У летучих мышей, которые активно передвигаются в трехмерном пространстве (тогда как мыши и крысы в двумерном), «поля» клеток места представляют собой не плоские зоны, а трехмерные области пространства [5].
Исследования показывают, что навигационная система в головном мозге крысы и человека устроена по общему принципу.
В экспериментах, проведенных при лечении пациентов с эпилепсией, в соответствующих зонах головного мозга были обнаружены нейроны, похожие на «клетки места» и «клетки координатной сетки». Подтверждают это и эксперименты с применением фМРТ. Имеющиеся на данный момент данные позволяют предположить, что система ориентации является консервативной системой головного мозга всех позвоночных животных.
Новая ступень в изучении мозга и нейрокомпьютеры
Открытия О’Кифа и супругов Мозер несомненно являются одними из самых значимых в нейробиологии последний десятилетий. Благородя их исследованиям ученые познакомились с совершенно новым типом работы нейронов, при котором клетки образуют многокомпонентную сеть, позволяющую осуществлять сложные когнитивные процессы.
Кроме фундаментального значения, изучение ориентационной системы мозга играет важную роль и для клинической практики. Некоторые заболевания нервной системы, например, болезнь Альцгеймера, сопровождаются нарушением пространственного ориентирования и пространственной памяти.
Изучение работы сложных нейронных структур имеет важное значение для активно развивающейся области нейрокомпьютеров и робототехники, позволяя использовать элегантные природные решения в качестве технологических находок.
Написано с использованием материалов Нобелевского комитета.
Литература
|
Темы
Австролоиды
Альпийский тип
Америнды
Англия
Антропологическая реконструкция
Антропоэстетика
Арабы
Арменоиды
Армия Руси
Археология
Аудио
Аутосомы
Африканцы
Бактерии
Балканы
Венгрия
Вера
Видео
Вирусы
Вьетнам
Гаплогруппы
генетика
Генетика человека
Генетические классификации
Геногеография
Германцы
Гормоны
Графики
Греция
Группы крови
Деградация
Демография в России
Дерматоглифика
Динарская раса
ДНК
Дравиды
Древние цивилизации
Европа
Европейская антропология
Европейский генофонд
ЖЗЛ
Живопись
Животные
Звёзды кино
Здоровье
Знаменитости
Зодчество
Иберия
Индия
Индоарийцы
интеллект
Интеръер
Иран
Ирландия
Испания
Исскуство
История
Италия
Кавказ
Канада
Карты
Кельты
Китай
Корея
Криминал
Культура Руси
Латинская Америка
Летописание
Лингвистика
Миграция
Мимикрия
Мифология
Модели
Монголоидная раса
Монголы
Мт-ДНК
Музыка для души
Мутация
Народные обычаи и традиции
Народонаселение
Народы России
научные открытия
Наши Города
неандерталeц
Негроидная раса
Немцы
Нордиды
Одежда на Руси
Ориентальная раса
Основы Антропологии
Основы ДНК-генеалогии и популяционной генетики
Остбалты
Переднеазиатская раса
Пигментация
Политика
Польша
Понтиды
Прибалтика
Природа
Происхождение человека
Психология
Разное
РАСОЛОГИЯ
РНК
Русская Антропология
Русская антропоэстетика
Русская генетика
Русские поэты и писатели
Русский генофонд
Русь
Семиты
Скандинавы
Скифы и Сарматы
Славяне
Славянская генетика
Среднеазиаты
Средниземноморская раса
Схемы
США
Тохары
Тураниды
Туризм
Тюрки
Тюрская антропогенетика
Укрология
Уралоидный тип
Филиппины
Фильм
Финляндия
Фото
Франция
Храмы
Хромосомы
Художники России
Цыгане
Чехия
Чухонцы
Шотландия
Эстетика
Этнография
Этнопсихология
Юмор
Япония
C
Cеквенирование
E
E1b1b
G
I
I1
I2
J
J1
J2
N
N1c
Q
R1a
R1b
Y-ДНК
Поиск по этому блогу
четверг, 20 ноября 2014 г.
GPS в нашем мозге
Ярлыки:
генетика,
Генетика человека