Εγκέφαλος: Ο εγκέφαλος μπορεί να προσαρμόσει την εσωτερική του αίσθηση ταχύτητας μέσω του χωρικού χάρτη του από ενδείξεις αποκλειστικά από την οπτική ροή.
Η έρευνα του Johns Hopkins ρίχνει νέο φως στον τρόπο με τον οποίο τα θηλαστικά παρακολουθούν τη θέση και τον προσανατολισμό τους ενώ κινούνται, αποκαλύπτοντας ότι τα οπτικά σημάδια κίνησης από μόνα τους επιτρέπουν στον εγκέφαλο να προσαρμόσει και να βαθμονομήσει εκ νέου τον εσωτερικό του χάρτη, ακόμη και αν δεν υπάρχουν σταθερά οπτικά ορόσημα. Τα αποτελέσματά τους δημοσιεύονται στο Nature Neuroscience.
«Όταν κινείστε στο διάστημα, έχετε πολλές ανταγωνιστικές αισθητηριακές πληροφορίες που σας λένε πού βρίσκεστε και πόσο γρήγορα πηγαίνετε, και ο εγκέφαλός σας πρέπει να το κατανοήσει αυτό», δήλωσε ο συν-επικεφαλής της μελέτης Noah Cowan, καθηγητής μηχανολογίας. στο Whiting School of Engineering και διευθυντής του Εργαστηρίου Locomotion in Mechanical and Biological Systems (LIMBS).
“Τα αποτελέσματα της μελέτης μας δείχνουν ότι, παραδόξως, ο εγκέφαλος μπορεί να εκτελέσει αυτή τη συνεχή επαναβαθμονόμηση χωρίς εμφανή εξωτερικά ορόσημα για να μας πουν τη θέση μας. Ο εγκέφαλος μπορεί να προσαρμόσει την εσωτερική του αίσθηση ταχύτητας μέσω του χωρικού χάρτη του από ενδείξεις αποκλειστικά από την οπτική ροή: την οπτική κίνηση που αντιλαμβάνονται τα άτομα καθώς κινούνται στο διάστημα».
Ο Cowan συνεργάστηκε στο έργο με τον James Knierim, καθηγητή νευροεπιστήμης στο Zanvyl Krieger Mind/Brain Institute του Krieger School of Arts and Sciences και στο Kavli Neuroscience Discovery Institute στο Johns Hopkins. Οι ερευνητές γνώριζαν ότι, για παράδειγμα, όταν ένα άτομο περπατά μέσα από μια σήραγγα καλυμμένη με σημάδια, ο εγκέφαλός του ανιχνεύει την ταχύτητα με την οποία φαίνονται να περνούν τα σημάδια, βοηθώντας τους να εκτιμήσουν την απόσταση που διανύθηκε και τη σχετική θέση τους στο διάστημα.
Η ομάδα ξεκίνησε να προσδιορίσει εάν η αλλαγή της ταχύτητας των σημάνσεων που περνούν από τον περιπατητή ή η αφαίρεση των δεικτών θα επηρέαζε σημαντικά την απόκριση του εγκεφάλου. «Θέλαμε να κατανοήσουμε τους μηχανισμούς του τρόπου με τον οποίο ο εγκέφαλός μας υπολογίζει την «απόσταση που διανύθηκε» μόνο από πληροφορίες ταχύτητας», είπε ο Cowan. “Οι νευρώνες στον ιππόκαμπό μας “φωτίζονται” όπως η μπλε κουκκίδα GPS στο τηλέφωνό σας. Υποθέσαμε ότι η σχέση μεταξύ της οπτικής ροής και της “ενημέρωσης της μπλε κουκκίδας” θα μπορούσε να βαθμονομηθεί εκ νέου στο VR—και διαπιστώσαμε ότι μπορεί.”
Ο Knierim εξήγησε ότι οι ερευνητές στόχευαν να προσδιορίσουν εάν μπορούσαν να ελέγξουν αξιόπιστα την αίσθηση της θέσης ενός εργαστηριακού αρουραίου στον γνωστικό του χάρτη αλλάζοντας τεχνητά την ποσότητα της οπτικής ροής που λάμβανε σε ένα σύστημα εικονικής πραγματικότητας. «Διαπιστώσαμε ότι, χρησιμοποιώντας τις αρχές της θεωρίας ελέγχου, μπορούσαμε να ελέγξουμε τον γνωστικό χάρτη χρησιμοποιώντας μόνο συνθήματα οπτικής ροής, δείχνοντας έτσι ότι αυτή η μακροχρόνια υποθετική είσοδος χρησιμοποιήθηκε πραγματικά από το σύστημα ολοκλήρωσης της διαδρομής του αρουραίου», είπε ο Knierim.
Η ομάδα κατασκεύασε έναν θόλο εικονικής πραγματικότητας και πρόβαλε φωτισμένες ρίγες στους τοίχους του. Οι αρουραίοι παρασύρθηκαν από σταγόνες σοκολατούχου γάλακτος για να περπατήσουν γύρω από τον θόλο. Οι ρίγες προορίζονταν να χρησιμεύσουν ως υποσυνείδητο στοιχείο για την ταχύτητα των τρωκτικών και τη γενική τους θέση στο διάστημα. Όταν η ομάδα έβαλε τις ρίγες να περιστρέφονται προς την αντίθετη κατεύθυνση από τους αρουραίους όταν έκαναν ένα βήμα, η απόκριση του ιππόκαμπου των ζώων έδειξε ότι πίστευαν ότι κινούνταν δύο φορές πιο γρήγορα και η αίσθηση της θέσης τους ήταν λοξή.
Μετά από ένα χρονικό διάστημα, όταν οι ρίγες ήταν απενεργοποιημένες, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι οι αρουραίοι εξακολουθούσαν να αντιλαμβάνονται ότι κινούνταν πιο γρήγορα από ό,τι στην πραγματικότητα. Ο Cowan είπε ότι είναι ήδη γνωστό ότι οι εγκέφαλοι των θηλαστικών χρησιμοποιούν τις θέσεις των ορόσημων μεταξύ τους για να καθορίσουν τη θέση και να βαθμονομήσουν την κατά προσέγγιση ταχύτητα. Αυτό που δεν ήταν γνωστό ήταν εάν ο εγκέφαλος ενός θηλαστικού θα βαθμονομούσε εκ νέου την ταχύτητά του μέσω του νοητικού του χάρτη απουσία οποιωνδήποτε ορόσημων.
«Το πώς ο εγκέφαλός σας κάνει αυτή την επαναβαθμονόμηση ελλείψει ορόσημων και το γεγονός ότι το κάνει δεν ήταν γνωστό προηγουμένως και αυτό το δείξαμε σε αυτή την έρευνα», είπε. Τα αποτελέσματα της μελέτης παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες σε δύο βασικούς τομείς. Πρώτον, έριξαν φως στη λειτουργία του ιππόκαμπου των θηλαστικών, μιας περιοχής του εγκεφάλου που εμπλέκεται στη νόσο του Αλτσχάιμερ και σε άλλη άνοια, και δεύτερον, η έρευνα απαντά σε ένα μακροχρόνιο ερώτημα σχετικά με τη βασική βιολογία του τρόπου πλοήγησης των ζώων στον κόσμο.
«Επειδή το σύστημα πλοήγησης είναι τόσο στενά συνδεδεμένο με το σύστημα μνήμης του εγκεφάλου, ελπίζουμε ότι η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο δημιουργεί αυτούς τους γνωστικούς χάρτες θα παρέχει μια εικόνα για το πώς η μνήμη γίνεται πιο αδύναμη κατά τη γήρανση και κατά τη διάρκεια της άνοιας», είπε ο Knierim. Αλλά τα αποτελέσματα έχουν επιπτώσεις και στη ρομποτική. Ο Cowan σημείωσε ότι το εύρημα θα μπορούσε επίσης να ενημερώσει την ανάπτυξη αλγορίθμων AI και μηχανικής μάθησης που έχουν σχεδιαστεί για να ενσωματώνουν οπτικές πληροφορίες με αναπαραστάσεις του χώρου, ανοίγοντας τελικά το δρόμο για ενσωματωμένα γνωστικά συστήματα.
Διαβάστε όλες τις τελευταίες Ειδήσεις για την υγεία από την Ελλάδα και τον ΚόσμοΑκολουθήστε το healthweb.gr στο Google News και μάθετε πρώτοι όλες τις ειδήσεις
