Команда нейробиологов обнаружила, что навигационная система, используемая грызунами, аналогична системе, используемой островитянами Тихого океана для поиска пути через открытый океан без компаса.

Его выводы, появившиеся в последнем номере журнала Neuron, исправляют распространенное заблуждение: навигационные системы млекопитающих работают как глобальная система позиционирования (GPS), которая опирается на компас-ориентированное чувство направления.

«Эти результаты предлагают новые убедительные доказательства того, как наше внутренне организованное чувство направления зарегистрировано во внешнем мире, чтобы мы могли эффективно ориентироваться», — отмечает Андре Фентон, профессор Центра нейронных наук Нью-Йоркского университета и старший автор статьи. «Примечательно, что то, как мы ориентируемся в космосе, не похоже на GPS; скорее наше чувство направления является в основном субъективным, внутренне организованным и периодически регистрируется на внешних ориентирах ».

В то время как многие утверждают, что люди перемещаются, используя GPS-подобную систему в своем мозгу, которая основана на компас-ориентированном направлении, тонкости этого процесса не ясны.

Тем не менее, было хорошо установлено, что навигационная система млекопитающих сосредоточена в гиппокампе и энторинальных корковых зонах — частях мозга, имеющих решающее значение для понимания пространства и памяти.

В частности, Джон О'Киф, Мэй-Бритт Мозер и Эдвард Мозер поделились Нобелевской премией 2014 года по физиологии и медицине за открытие клеток, которые сигнализируют о местонахождении и перемещении, последние из которых имеют решающее значение для ориентации в пространстве. Их работа была дополнена находкой Джеймса Ранка, профессора медицинского центра SUNY Downstate и одного из соавторов газеты « Нейрон », который открыл нейроны, которые сигнализируют о направлении.

Чтобы лучше понять, как эти нейронные фрагменты подходят для навигации как в стационарном, так и во вращающемся пространстве, Фентон, Ранк и их коллеги провели серию экспериментов с использованием крыс.

В нем они создали структуру, похожую на карусель, которая имела как неподвижные, так и движущиеся части. Крыс обучали выполнению задачи навигации, которая требовала, чтобы они знали, где они находятся как в движущейся, так и в неподвижной рамке. Во время выполнения этих задач ученые следили за неврологической активностью крыс, концентрируясь на клетках направления головы, которые являются наиболее фундаментальным компонентом навигационной системы.

Тем не менее, экспериментальные результаты предложили ограниченное понимание.

«Данные были предельно ясны и изначально совершенно непонятны», — говорит Фентон. «Несмотря на отличную навигацию, ячейки направления головы перестали сигнализировать о направлении в стационарном или вращающемся пространственном кадре».

Открытие не было редкостью. В течение многих лет ученые изо всех сил пытались определить, почему лабораторные крысы могли успешно перемещаться, когда активность в клетках головного направления была довольно ограниченной, поднимая вопросы о том, как этот процесс происходит в мозге.

Затем Фентон вспомнил о принципах этак навигации, которые он узнал из книги «Мы, навигаторы: древнее искусство поиска местности в Тихом океане», автором которой является новозеландский доктор Дэвид Льюис, и которую Ранк дал Фентону в начале 1990-х годов.

Из работы Фентон узнал, что навигация etak практикуется без компаса тихоокеанскими островитянами, поскольку они перемещаются точно между островами, которые настолько малы и находятся далеко друг от друга, что их в основном не видно во время путешествия, что делает маленькие навигационные ошибки смертельными.

«Etak навигация очень эффективна и субъективно концептуализирована», — объясняет Фентон. «Навигатор использует знания о стабильном расположении звезд на небе и отдаленном видимом или воображаемом ориентире, таком как остров.

«Несмотря на то, что знает лучше, навигатор представляет себя неподвижным, и земля движется под ее лодкой, когда она путешествует. Для навигации навигатор ориентируется на себя, ориентир этак и звезду. Затем она путешествует так, что наземный ориентир этак перемещается до тех пор, пока он не будет совмещен с навигатором и следующей ориентирующей звездой. Навигатор переходит к месту назначения в серии таких этапов ».

Ре-концептуализируя навигацию в рамках etak, исследователи измерили направленную настройку каждого нейрона направления головы относительно активности другой клетки направления головы у крыс. Они обнаружили, что клетки направления головы сигнализируют о направлении своей деятельности внутренне согласованным образом, независимо от того, является ли среда стабильной или вращающейся.

Кроме того, это внутреннее чувство направления периодически регистрируется — каждые 10 секунд или около того — чтобы различать ориентиры в определенном пространстве. Между регистрациями навигационная крыса, как и навигатор etak, отслеживает, где она находится.

«Эти новые данные совпадают с ощущением большинства людей, что они могут периодически дезориентироваться и переориентироваться, особенно в незнакомых местах», — отмечает Фентон.

По материалам phys.org