No te pierdas en tres pinos: una representación egocéntrica del entorno.

El movimiento es vida. Esta frase puede interpretarse como una motivación para avanzar, no para quedarse quieto y lograr lo que se desea, y como una declaración del hecho de que casi todos los seres vivos están en movimiento durante la mayor parte de sus vidas. Para que nuestros movimientos y movimientos en el espacio no terminen cada vez con golpes en la frente y dedos pequeños rotos en los pies, nuestro cerebro utiliza "mapas" almacenados del entorno que emergen inconscientemente en el momento de nuestro movimiento. Sin embargo, existe la opinión de que el cerebro no usa estas tarjetas desde el exterior, por así decirlo, sino colocando a una persona en esta tarjeta y recopilando datos desde una perspectiva en primera persona. Los científicos de la Universidad de Boston decidieron probar esta teoría realizando una serie de experimentos prácticos con ratas de laboratorio. Entonces, ¿cómo navega realmente el cerebro en el espacio, qué células están involucradas y qué papel juega este estudio para el futuro de los automóviles y robots autónomos? Aprendemos sobre esto del informe del grupo de investigación. Vamos

Base de estudio

Entonces, el hecho establecido hace muchos años es que la parte principal del cerebro responsable de la orientación en el espacio es el hipocampo.

El hipocampo está involucrado en una variedad de procesos: la formación de emociones, la transformación de la memoria a corto plazo a largo plazo y la formación de la memoria espacial. Es este último el origen de los mismos "mapas" que nuestro cerebro invoca en el momento adecuado para una orientación más efectiva en el espacio. En otras palabras, el hipocampo almacena modelos neurales tridimensionales del espacio dentro del cual se encuentra el dueño del cerebro.


Hipocampo

Existe una teoría que afirma que entre la navegación real y los mapas del hipocampo hay una etapa intermedia: la conversión de estos mapas en una vista en primera persona. Es decir, una persona está tratando de entender dónde se ubica lo que no se encuentra (como vemos en los mapas reales), sino dónde se ubicará en relación a sí mismo (en función de la "vista de la calle" en Google Maps).

Los autores del trabajo bajo consideración enfatizan lo siguiente: los mapas cognitivos del entorno están codificados en la formación del hipocampo en el sistema alocéntrico, pero las habilidades motoras (los movimientos mismos) están representados en el sistema egocéntrico.


OVNI: Enemigo desconocido (sistema alocéntrico) y DOOM (sistema egocéntrico).

La diferencia entre los sistemas alocéntricos y egocéntricos se asemeja a la diferencia entre los juegos en tercera persona (o desde una vista lateral, superior, etc.) y los juegos con una vista en primera persona. En el primer caso, el entorno en sí es importante para nosotros, en el segundo, nuestra posición con respecto a este entorno. Por lo tanto, los planes de navegación alocéntricos deben transformarse en un sistema egocéntrico para su implementación real, es decir. moviéndose en el espacio.

Los investigadores creen que es el estriado dorsomedial (DMS) * el que juega un papel crítico en el proceso anterior.


El cuerpo estriado del cerebro humano.

Striatum * : parte del cerebro que se refiere a los núcleos basales; el cuerpo estriado está involucrado en la regulación del tono muscular, los órganos internos y las reacciones conductuales; El cuerpo estriado también se denomina "cuerpo estriado" debido a su estructura de bandas alternas de materia gris y blanca.

El DMS demuestra respuestas neuronales relacionadas con la toma de decisiones y la adopción de medidas relacionadas con la navegación en el espacio, por lo que esta área del cerebro debe estudiarse con más detalle.

Resultados de la investigación

Para determinar la presencia / ausencia de información espacial egocéntrica en el cuerpo estriado (DMS), se implantaron 4 ratas macho con hasta 16 tetrodos (electrodos especiales conectados a las partes deseadas del cerebro) dirigidos a DMS ( 1a ).


Imagen No. 1: la reacción de las células del cuerpo estriado a los límites ambientales en un marco de referencia egocéntrico.


Se llevaron a cabo 44 experimentos cuando las ratas recolectaron comida dispersada al azar en un espacio familiar (abierto, no en el laberinto). Como resultado, se arreglaron 939 células. A partir de los datos recopilados, se encontró la presencia de 31 células de dirección de la cabeza (HDC), sin embargo, solo una pequeña parte de las células, o más bien 19, tenían correlatos espaciales alocéntricos. Además, la actividad de estas células, limitada por el perímetro del entorno, se observó solo durante el movimiento de la rata a lo largo de las paredes de la cámara de prueba, lo que sugiere un esquema de codificación egocéntrica para los límites del espacio.

Para evaluar las posibilidades de tal presentación egocéntrica, sobre la base de los indicadores de actividad celular pico, se crearon mapas de bordes egocéntricos ( 1b ) que ilustran la orientación y la distancia de los bordes en relación con la dirección del movimiento de la rata, y no la posición de su cabeza (comparación 1g ).

El 18% de las celdas fijas (171 de 939) mostraron una respuesta significativa cuando el límite de la cámara ocupaba una cierta posición y orientación con respecto a la experimental ( 1f ). Los científicos las llamaron células de células límite egocéntricas (EBC). El número de tales células en sujetos experimentales varió de 15 a 70 con un promedio de 42.75 ( 1c , 1d ).

Entre las células de las fronteras egocéntricas, hubo aquellas cuya actividad disminuyó en respuesta a los límites de la cámara. Hubo un total de 49 y los llamó EBC inverso (iEBC). La tasa promedio de respuesta celular (su potencial de acción) en EBC e iEBC fue bastante baja: 1.26 ± 0.09 Hz ( 1h ).

La población de células EBC responde a todas las orientaciones y posiciones del límite de la cámara en relación con el sujeto, pero la distribución de orientación preferida es bimodal con picos ubicados 180 ° uno frente al otro en ambos lados del animal (-68 ° y 112 °), ligeramente desplazados de la perpendicular al eje largo del animal a 22 ° ( 2d ).


Imagen No. 2: orientación y distancia preferidas para la respuesta de los bordes celulares egocéntricos (EBC).


La distribución de la distancia preferida al límite contenía tres picos: 6.4, 13.5 y 25.6 cm, lo que indica la presencia de tres distancias preferidas diferentes entre EBC ( 2f - 2h ), que pueden ser importantes para la estrategia de búsqueda de navegación jerárquica. El tamaño de los campos receptivos del EBC aumentó según la distancia preferida ( 2i ), lo que indica un aumento en la precisión de la representación egocéntrica de los límites con una disminución en la distancia entre la pared y el sujeto.

Tanto en la orientación preferida como en la distancia, no hubo una topografía clara, ya que los EBC experimentales activos con diferentes orientaciones y distancias relativas a la pared aparecieron en el mismo tetrodo ( 2a , 2b , 2e y 2f ).

También se reveló que los EBC responden de manera estable a los límites del espacio (paredes de la cámara) en cualquier versión de las cámaras de prueba. Para confirmar que los EBC responden a los límites locales de la cámara, y no a sus características distales, los científicos "giraron" la posición de la cámara en 45 ° e hicieron varias paredes negras, haciéndola diferente de la utilizada en pruebas anteriores.

Los datos se recopilaron tanto en una cámara de prueba convencional como en una girada. A pesar del cambio en la cámara de prueba, todas las orientaciones y distancias preferidas en relación con las paredes de los sujetos EBC permanecieron iguales.

Dada la importancia de los ángulos, también se consideró la posibilidad de que los EBC codifiquen de manera única estos atributos ambientales locales. Al aislar la diferencia entre la reacción cerca de las esquinas y la reacción cerca del medio de la pared, se identificó un subconjunto de células EBC (n = 16; 9.4%) que exhiben una mayor respuesta a las esquinas.

Por lo tanto, podemos llegar a una conclusión intermedia de que son las células EBC las que responden perfectamente al perímetro de la cámara, es decir, a las paredes de la cámara de prueba y a sus esquinas.

Luego, los científicos verificaron si la reacción de las células EBC al espacio abierto (el campo de prueba sin un laberinto, es decir, solo 4 paredes) es la misma con diferentes opciones para el área de la sala de prueba. Hubo 3 visitas, en cada una de las cuales la longitud de las paredes difería de las anteriores en 50 cm.

Independientemente del tamaño de la cámara de prueba, EBC reaccionó a sus bordes a la misma distancia y orientación con respecto al sujeto. Esto indica una falta de escala de reacción dependiendo del tamaño del entorno.


Imagen 3: Respuesta estable de las células EBC a los límites del espacio.


Dado que el cuerpo estriado recibe información ambiental de varias áreas de la corteza visual, los científicos también verificaron si la apariencia de las paredes ( 3c ) de la cámara afecta la respuesta de las células EBC.

El cambio en la apariencia de los límites del espacio no afectó la reacción de las células EBC y la distancia y orientación necesarias para la reacción en relación con la experimental.


Imagen No. 4: estabilidad de la respuesta celular EBC independientemente del entorno.


También se descubrió que la reacción de las células EBC, así como la orientación y la distancia necesarias en relación con el sujeto, no cambian con el tiempo.

Sin embargo, esta prueba "temporal" se llevó a cabo en la misma cámara de prueba. También fue necesario verificar la diferencia entre la reacción de EBC a las condiciones conocidas y las nuevas. Para esto, se realizaron varias visitas cuando las ratas estudiaron la cámara, que ya conocen de las pruebas anteriores, y luego nuevas cámaras con espacio abierto.

Como habrás adivinado, la reacción de las células EBC + la orientación / distancia deseada se mantuvo sin cambios en las nuevas cámaras ( 4a , 4c ).

Por lo tanto, la reacción EBC proporciona una representación estable de los límites del entorno en relación con el sujeto en todos los tipos de este entorno, independientemente de la apariencia de las paredes, el área de la cámara de prueba, su movimiento y el tiempo que el sujeto pasa en la cámara.

Para conocer más detalladamente los matices del estudio, le recomiendo que examine el informe de los científicos y los materiales adicionales .

Epílogo

En este trabajo, los científicos lograron confirmar en la práctica la teoría de la representación egocéntrica del entorno, que es extremadamente importante para la orientación en el espacio. Probaron que entre la representación espacial alocéntrica y la acción real hay un proceso intermedio en el que están involucradas ciertas células del cuerpo estriado, llamadas células de bordes egocéntricos (EBC). También se descubrió que EBC está más asociado con el control del movimiento de todo el cuerpo, y no solo de las cabezas de los sujetos.

Este estudio tuvo como objetivo determinar el mecanismo completo de orientación en el espacio, todos sus componentes y variables. Este trabajo, según los científicos, ayudará a mejorar las tecnologías de navegación para automóviles autónomos y para robots que puedan entender el espacio que los rodea, como lo hacemos nosotros. Los investigadores están extremadamente satisfechos con los resultados de su trabajo, que dan razones para continuar estudiando la relación entre ciertas partes del cerebro y cómo se realiza la navegación en el espacio.

¡Gracias por su atención, sigan curiosos y tengan una buena semana de trabajo, muchachos! :)

Gracias por quedarte con nosotros. ¿Te gustan nuestros artículos? ¿Quieres ver más materiales interesantes? Apóyenos haciendo un pedido o recomendándolo a sus amigos, un descuento del 30% para los usuarios de Habr en un análogo único de servidores de nivel de entrada que inventamos para usted: toda la verdad sobre VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 núcleos) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps de $ 20 o cómo dividir el servidor? (las opciones están disponibles con RAID1 y RAID10, hasta 24 núcleos y hasta 40GB DDR4).

Dell R730xd 2 veces más barato? ¡Solo tenemos 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV desde $ 199 en los Países Bajos! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ¡desde $ 99! Lea sobre Cómo construir un edificio de infraestructura. clase utilizando servidores Dell R730xd E5-2650 v4 que cuestan 9,000 euros por un centavo?