Навигационная система, используемая грызунами, аналогична той, которую используют жители тихоокеанских островов, чтобы найти дорогу в открытом океане без компаса, как обнаружила группа нейробиологов.
Его выводы, опубликованные в последнем выпуске журнала Neuron, исправляют распространенное заблуждение: навигационные системы млекопитающих работают как глобальная система позиционирования (GPS), которая опирается на ориентацию, подобную компасу.
«Эти результаты предлагают новые, убедительные доказательства того, как наше внутренне организованное чувство направления регистрируется во внешнем мире, чтобы мы могли эффективно ориентироваться», - отмечает Андре Фентон, профессор Центра нейронных наук Нью-Йоркского университета и Центра нейробиологии. старший автор статьи.«Примечательно, что то, как мы ориентируемся в пространстве, не похоже на GPS; скорее, наше чувство направления в основе своей субъективно, внутренне организовано и периодически регистрируется по внешним ориентирам».
Хотя многие утверждают, что люди ориентируются с помощью GPS-подобной системы в своем мозгу, которая полагается на чувство направления, похожее на компас, тонкости этого процесса не ясны.
Однако было установлено, что навигационная система млекопитающих сосредоточена в гиппокампе и энторинальной коре - частях мозга, имеющих решающее значение для понимания пространства и памяти.
В частности, Джон О'Киф, Мэй-Бритт Мозер и Эдвард Мозер разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2014 года за открытие клеток, которые сигнализируют о местоположении и пройденном расстоянии, последние из которых имеют решающее значение для ориентации в космосе. Их работа была дополнена открытием Джеймса Рэнка, профессора Медицинского центра SUNY Downstate и одного из соавторов статьи о нейронах, который обнаружил нейроны, которые сигнализируют о направлении.
Чтобы лучше понять, как эти части нейронов приспособлены 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 карусельную структуру, в которой были как неподвижные, так и подвижные части. Крыс обучали навигационной задаче, которая требовала от них знать, где они находятся как в движущейся, так и в неподвижной системе отсчета. Во время этих задач ученые следили за неврологической активностью крыс, сосредоточив внимание на клетках направления головы, которые являются наиболее фундаментальным компонентом навигационной системы..
Однако экспериментальные результаты дают ограниченную информацию.
«Данные были предельно четкими и поначалу совершенно непонятными, - говорит Фентон. «Несмотря на отличную навигацию, ячейки направления головы перестали сигнализировать о направлении ни в стационарной, ни в вращающейся пространственной системе отсчета».
Находка не была редкостью. В течение многих лет ученые пытались определить, почему лабораторные крысы могли успешно ориентироваться, когда активность клеток, ориентированных на голову, была весьма ограничена, что поднимает вопрос о том, как этот процесс происходит в мозгу.
Фентон затем вспомнил принципы этак-навигации, которые он узнал из книги «Мы, навигаторы: древнее искусство нахождения местности в Тихом океане», написанной новозеландским врачом Дэвидом Льюисом, и которую Ранк дал Фентону в начало 1990-х.
Из этой работы Фентон узнал, что этак-навигация практикуется жителями тихоокеанских островов без компаса, поскольку они перемещаются именно между островами, которые настолько малы и далеки друг от друга, что их в основном не видно во время путешествия, что делает небольшие навигационные ошибки смертельными.
«Навигация по Etak очень эффективна и субъективно концептуализирована», - объясняет Фентон. «Навигатор использует знания об устойчивом расположении звезд на небе и отдаленных видимых или воображаемых ориентирах, таких как остров.
"Несмотря на то, что навигатор знает лучше, навигатор представляет себя неподвижным, а земля движется под его лодкой, когда он движется. Чтобы ориентироваться, навигатор ориентируется, чтобы выровнять себя, ориентир этака и звезду. Затем она путешествует так, что привязанный к земле этак ориентир перемещается до тех пор, пока он не окажется на одной прямой с навигатором и следующей ориентирующей звездой. Навигатор движется к месту назначения в ряду таких этапов этак."
Переосмысливая 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 направление своей активностью внутренне непротиворечивым образом, независимо от того, является ли среда стабильной или вращающейся.
Кроме того, это внутреннее чувство направления время от времени регистрируется - каждые 10 секунд или около того - на определенные ориентиры в определенном пространстве. Между регистрациями навигационная крыса, как и этак навигатор, отслеживает, где находится.
«Эти новые результаты согласуются с мнением большинства людей о том, что они могут время от времени терять ориентацию и переориентироваться, особенно в незнакомых местах», - отмечает Фентон.