Нейробиолог Дениз Ватансевер из Фуданьского университета в Китае совместно с коллегами опубликовал 4 декабря в журнале Nature Communications результаты исследования, раскрывающего механизмы работы человеческого мозга при ориентации в пространстве. Согласно отчету, опубликованному Live Science, ученым удалось выявить специфическую функциональную организацию, напоминающую «тумблер» или градиент, который переключает режимы работы мозга в зависимости от новизны окружения. В исследовании приняли участие 56 здоровых добровольцев в возрасте от 20 до 37 лет.
Для проведения эксперимента использовалась технология функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), отслеживающая активность мозга через изменения кровотока, в сочетании с виртуальной реальностью. Участники выполняли задание по навигации в виртуальном мире, представлявшем собой травянистое поле, окруженное горами. Основной задачей испытуемых был поиск шести скрытых предметов, что позволило ученым зафиксировать различия в мозговой активности при исследовании знакомых и незнакомых сред.
Ключевые открытия касаются работы гиппокампа — области мозга в форме морского конька, критически важной для памяти и навигации, насыщенной «клетками места». Исследование показало, что этот регион организован в виде градиента. «Голова» (передняя часть) гиппокампа активируется при нахождении в знакомых, ранее посещенных местах, тогда как «хвост» (задняя часть) реагирует на новые локации. Ранее считалось, что передняя часть отвечает за общие понятия о местоположении, такие как ориентиры, а задняя — за конкретные детали.
Аналогичная градиентная структура была обнаружена и в коре головного мозга — центре высшей нервной деятельности. Здесь активность распределяется в форме конуса: центр коры предпочитает обработку знакомой информации, а по мере движения к внешним краям нарастает предпочтение новизны. Это распределение позволяет мозгу эффективно переключаться между режимами обработки информации в зависимости от внешних условий. Дениз Ватансевер пояснил этот процесс на примере переезда: «Когда вы переезжаете в новый город... Вам приходится исследовать окружающую среду, чтобы привыкнуть к ней».
Анализ нейронных сетей показал, что навигация в разных условиях задействует различные синхронизированные группы клеток. В знакомых зонах активируются сети, связанные с моторным контролем и памятью, что позволяет действовать на основе усвоенного опыта. В новых же местах включаются сети, отвечающие за фокусировку внимания и восприятие, что необходимо для поглощения деталей окружающей обстановки.
Когнитивный нейробиолог Зита Патай из Университетского колледжа Лондона, не участвовавшая в исследовании, отметила важность открытия градиентной структуры. По ее словам, это объясняет противоречивые результаты прошлых лет относительно функций гиппокампа. Другой независимый эксперт, Луи Рену, когнитивный нейробиолог из Университета Восточной Англии, также ознакомился с результатами работы, подтверждающими сложную организацию навигационных систем.
Полученные данные имеют прямое значение для медицины, особенно в контексте деменции и болезни Альцгеймера, где потеря ориентации часто является ранним симптомом. Клетки, расположенные внутри обнаруженных градиентов коры и гиппокампа, относятся к числу областей, поражаемых заболеванием в первую очередь. Установлено, что на ранних стадиях болезни Альцгеймера одинаково уязвимы как передняя, так и задняя части гиппокампа.
Понимание кодирования навигации открывает путь к выявлению измеримых признаков ранней стадии деменции, так как зоны мозга, ответственные за ориентацию, ключевым образом связаны с эпизодической памятью — воспоминаниями о конкретных жизненных событиях. Зита Патай подчеркнула значимость этих функций для качества жизни пациентов: «Если вы хотите повысить способность людей к независимости, вы хотите, чтобы они могли посещать новые места и понимать новые вещи».
Данное исследование дополняет ряд недавних открытий в области картирования мозга, упомянутых в контексте работы. Среди них — создание самой детальной карты человеческого мозга, содержащей 3300 типов клеток, разработка сверхдетальной карты клеток, поддерживающих бодрствование, а также гипотеза о том, что мозг может «перемещаться» между связанными идеями так же, как он перемещается из одной физической локации в другую.
Изображение носит иллюстративный характер
Для проведения эксперимента использовалась технология функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ), отслеживающая активность мозга через изменения кровотока, в сочетании с виртуальной реальностью. Участники выполняли задание по навигации в виртуальном мире, представлявшем собой травянистое поле, окруженное горами. Основной задачей испытуемых был поиск шести скрытых предметов, что позволило ученым зафиксировать различия в мозговой активности при исследовании знакомых и незнакомых сред.
Ключевые открытия касаются работы гиппокампа — области мозга в форме морского конька, критически важной для памяти и навигации, насыщенной «клетками места». Исследование показало, что этот регион организован в виде градиента. «Голова» (передняя часть) гиппокампа активируется при нахождении в знакомых, ранее посещенных местах, тогда как «хвост» (задняя часть) реагирует на новые локации. Ранее считалось, что передняя часть отвечает за общие понятия о местоположении, такие как ориентиры, а задняя — за конкретные детали.
Аналогичная градиентная структура была обнаружена и в коре головного мозга — центре высшей нервной деятельности. Здесь активность распределяется в форме конуса: центр коры предпочитает обработку знакомой информации, а по мере движения к внешним краям нарастает предпочтение новизны. Это распределение позволяет мозгу эффективно переключаться между режимами обработки информации в зависимости от внешних условий. Дениз Ватансевер пояснил этот процесс на примере переезда: «Когда вы переезжаете в новый город... Вам приходится исследовать окружающую среду, чтобы привыкнуть к ней».
Анализ нейронных сетей показал, что навигация в разных условиях задействует различные синхронизированные группы клеток. В знакомых зонах активируются сети, связанные с моторным контролем и памятью, что позволяет действовать на основе усвоенного опыта. В новых же местах включаются сети, отвечающие за фокусировку внимания и восприятие, что необходимо для поглощения деталей окружающей обстановки.
Когнитивный нейробиолог Зита Патай из Университетского колледжа Лондона, не участвовавшая в исследовании, отметила важность открытия градиентной структуры. По ее словам, это объясняет противоречивые результаты прошлых лет относительно функций гиппокампа. Другой независимый эксперт, Луи Рену, когнитивный нейробиолог из Университета Восточной Англии, также ознакомился с результатами работы, подтверждающими сложную организацию навигационных систем.
Полученные данные имеют прямое значение для медицины, особенно в контексте деменции и болезни Альцгеймера, где потеря ориентации часто является ранним симптомом. Клетки, расположенные внутри обнаруженных градиентов коры и гиппокампа, относятся к числу областей, поражаемых заболеванием в первую очередь. Установлено, что на ранних стадиях болезни Альцгеймера одинаково уязвимы как передняя, так и задняя части гиппокампа.
Понимание кодирования навигации открывает путь к выявлению измеримых признаков ранней стадии деменции, так как зоны мозга, ответственные за ориентацию, ключевым образом связаны с эпизодической памятью — воспоминаниями о конкретных жизненных событиях. Зита Патай подчеркнула значимость этих функций для качества жизни пациентов: «Если вы хотите повысить способность людей к независимости, вы хотите, чтобы они могли посещать новые места и понимать новые вещи».
Данное исследование дополняет ряд недавних открытий в области картирования мозга, упомянутых в контексте работы. Среди них — создание самой детальной карты человеческого мозга, содержащей 3300 типов клеток, разработка сверхдетальной карты клеток, поддерживающих бодрствование, а также гипотеза о том, что мозг может «перемещаться» между связанными идеями так же, как он перемещается из одной физической локации в другую.
