Jangan tersesat dalam tiga pinus: representasi lingkungan yang egosentris

Gerakan adalah kehidupan. Frasa ini dapat diartikan sebagai motivasi untuk bergerak maju, tidak untuk diam dan mencapai apa yang diinginkan, dan sebagai pernyataan fakta bahwa hampir semua makhluk hidup bergerak untuk sebagian besar kehidupan mereka. Agar gerakan dan gerakan kita di ruang angkasa setiap kali tidak berakhir dengan kerucut di dahi kita dan jari-jari kecil yang patah di kaki kita, otak kita menggunakan "peta" lingkungan yang tersimpan secara tidak sadar muncul pada saat gerakan kita. Namun, ada pendapat bahwa otak tidak menggunakan kartu-kartu ini dari luar, sehingga bisa dikatakan, tetapi dengan menempatkan seseorang pada kartu ini dan mengumpulkan data dari sudut pandang orang pertama. Ilmuwan dari Universitas Boston memutuskan untuk membuktikan teori ini dengan melakukan serangkaian percobaan praktis dengan tikus laboratorium. Jadi bagaimana sebenarnya otak bernavigasi di ruang angkasa, sel apa yang terlibat, dan apa peran yang dimainkan penelitian ini untuk masa depan mobil dan robot otonom? Kami belajar tentang ini dari laporan kelompok penelitian. Ayo pergi.

Dasar studi

Jadi, fakta yang didirikan bertahun-tahun yang lalu adalah bahwa bagian utama otak yang bertanggung jawab untuk orientasi dalam ruang adalah hippocampus.

Hippocampus terlibat dalam berbagai proses: pembentukan emosi, transformasi memori jangka pendek menjadi jangka panjang dan pembentukan memori spasial. Ini adalah yang terakhir yang merupakan sumber dari "peta" yang digunakan otak kita pada waktu yang tepat untuk orientasi ruang yang lebih efektif. Dengan kata lain, hippocampus menyimpan model saraf tiga dimensi dari ruang di mana pemilik otak berada.


Hippocampus

Ada teori yang menyatakan bahwa antara navigasi aktual dan peta hippocampal ada tahap menengah - konversi peta ini menjadi tampilan orang pertama. Artinya, seseorang sedang mencoba memahami di mana apa yang terletak tidak sama sekali (seperti yang kita lihat di peta nyata), tetapi di mana apa yang akan terletak relatif terhadap dirinya sendiri (sebagai fungsi "tampilan jalan" di Google Maps).

Para penulis karya yang sedang dipertimbangkan menekankan sebagai berikut: Peta kognitif lingkungan dikodekan dalam formasi hippocampal dalam sistem alokasi, tetapi keterampilan motorik (gerakan itu sendiri) diwakili dalam sistem egosentris.


UFO: Musuh Tidak Dikenal (sistem alokasi) dan DOOM (sistem egosentris).

Perbedaan antara sistem alokasi dan egosentris menyerupai perbedaan antara game orang ketiga (atau dari tampilan sisi, atas, dll.) Dan game dengan tampilan orang pertama. Dalam kasus pertama, lingkungan itu sendiri penting bagi kita, dalam hal kedua - posisi kita mengenai lingkungan ini. Dengan demikian, rencana navigasi yang dialokasikan harus berubah menjadi sistem egosentris untuk implementasi aktual, mis. bergerak di ruang angkasa.

Para peneliti percaya bahwa itu adalah striatum dorsomedial (DMS) * yang memainkan peran penting dalam proses di atas.


Striatum otak manusia.

Striatum * - bagian dari otak yang mengacu pada inti basal; striatum terlibat dalam pengaturan tonus otot, organ internal, dan reaksi perilaku; striatum juga disebut "striatum" karena strukturnya berupa pita bergantian dari materi abu-abu dan putih.

DMS menunjukkan respons saraf terkait dengan pengambilan keputusan dan mengambil tindakan terkait navigasi di luar angkasa, sehingga area otak ini harus dipelajari secara lebih rinci.

Hasil penelitian

Untuk menentukan ada / tidaknya informasi spasial egosentris di striatum (DMS), 4 tikus jantan ditanamkan hingga 16 tetrodes (elektroda khusus yang terhubung ke bagian otak yang diinginkan) yang ditujukan untuk DMS ( 1a ).


Gambar No. 1: reaksi sel striatum terhadap batas lingkungan dalam kerangka referensi egosentris.


44 percobaan dilakukan ketika tikus mengumpulkan makanan yang tersebar secara acak di ruang yang dikenal (terbuka, bukan di labirin). Akibatnya, 939 sel diperbaiki. Dari data yang dikumpulkan, kehadiran 31 sel arah kepala (HDC) ditemukan, namun, hanya sebagian kecil dari sel, atau lebih tepatnya 19, yang memiliki korelasi spasial alokasi. Selain itu, aktivitas sel-sel ini, dibatasi oleh keliling lingkungan, diamati hanya selama pergerakan tikus di sepanjang dinding ruang uji, yang menunjukkan skema pengkodean egosentris untuk batas-batas ruang.

Untuk menilai kemungkinan presentasi egosentris seperti itu, berdasarkan indikator aktivitas sel puncak, peta perbatasan egosentris ( 1b ) dibuat yang menggambarkan orientasi dan jarak perbatasan relatif terhadap arah pergerakan tikus, dan bukan posisi kepalanya (perbandingan 1g ).

18% dari sel-sel tetap (171 dari 939) menunjukkan respons yang signifikan ketika batas bilik menempati posisi dan orientasi tertentu relatif terhadap yang eksperimental ( 1f ). Para ilmuwan menyebut mereka sel sel batas egosentris (EBC). Jumlah sel tersebut dalam subjek eksperimental berkisar antara 15 hingga 70 dengan rata-rata 42,75 ( 1c , 1d ).

Di antara sel-sel perbatasan egosentris, ada yang aktivitasnya menurun sebagai respons terhadap batas-batas ruangan. Ada total 49 dan menyebutnya reverse EBC (iEBC). Tingkat rata-rata respons sel (potensial aksi mereka) dalam EBC dan iEBC cukup rendah - 1,26 ± 0,09 Hz ( 1 jam ).

Populasi sel EBC menanggapi semua orientasi dan posisi batas ruang relatif terhadap subjek, tetapi distribusi orientasi yang disukai adalah bimodal dengan puncak yang terletak 180 ° berlawanan satu sama lain di kedua sisi hewan (-68 ° dan 112 °), sedikit diimbangi dari tegak lurus ke sumbu panjang hewan di 22 ° ( 2d ).


Gambar No. 2: orientasi dan jarak yang lebih disukai untuk respons batas sel egosentris (EBC).


Distribusi jarak yang disukai ke batas berisi tiga puncak: 6,4, 13,5, dan 25,6 cm, menunjukkan adanya tiga jarak pilihan yang berbeda antara EBC ( 2f - 2h ), yang mungkin penting untuk strategi pencarian navigasi hirarkis. Ukuran bidang reseptif dari EBC meningkat tergantung pada jarak yang disukai ( 2i ), yang menunjukkan peningkatan keakuratan representasi egosentris batas dengan penurunan jarak antara dinding dan subjek.

Baik dalam orientasi yang disukai dan dalam jarak, tidak ada topografi yang jelas, karena EBC eksperimental aktif dengan orientasi dan jarak yang relatif terhadap dinding muncul pada tetrode yang sama ( 2a , 2b , 2e, dan 2f ).

Juga terungkap bahwa EBC secara stabil merespons batas ruang (dinding bilik) dalam versi kamar uji apa pun. Untuk mengonfirmasi bahwa EBC menanggapi batas-batas lokal kamera, dan bukan dengan fitur distalnya, para ilmuwan "membalikkan" posisi kamera sebesar 45 ° dan membuat beberapa dinding menjadi hitam, membuatnya berbeda dari yang digunakan dalam pengujian sebelumnya.

Data dikumpulkan baik dalam kamera uji konvensional maupun yang diputar. Meskipun ada perubahan dalam ruang uji, semua orientasi dan jarak yang disukai relatif terhadap dinding subjek EBC tetap sama.

Mengingat pentingnya sudut, kemungkinan juga dianggap bahwa EBC unik mengkodekan atribut lingkungan lokal ini. Dengan mengisolasi perbedaan antara reaksi dekat sudut dan reaksi dekat tengah dinding, subset sel EBC (n = 16; 9,4%) diidentifikasi yang menunjukkan peningkatan respons terhadap sudut.

Dengan demikian, kita dapat membuat kesimpulan antara bahwa sel-sel EBC yang merespons dengan sempurna perimeter kamera, yaitu, ke dinding ruang uji dan ke sudut-sudutnya.

Kemudian para ilmuwan memeriksa apakah reaksi sel EBC terhadap ruang terbuka (arena uji tanpa labirin, yaitu hanya 4 dinding) sama dengan opsi yang berbeda untuk area ruang tes. Ada 3 kunjungan, di mana masing-masing panjang dinding berbeda dari yang sebelumnya sebesar 50 cm.

Terlepas dari ukuran ruang uji, EBC bereaksi terhadap perbatasannya pada jarak dan orientasi yang sama terhadap subjek. Ini menunjukkan kurangnya skala reaksi tergantung pada ukuran lingkungan.


Gambar 3: Respons sel EBC yang stabil terhadap batas ruang.


Karena striatum menerima informasi lingkungan dari beberapa area korteks visual, para ilmuwan juga memeriksa apakah penampilan dinding ( 3c ) dari kamar mempengaruhi respon sel EBC.

Perubahan penampilan batas-batas ruang tidak mempengaruhi reaksi sel EBC dan jarak serta orientasi yang diperlukan untuk reaksi relatif terhadap yang eksperimental.


Gambar No. 4: Stabilitas respons sel EBC terlepas dari lingkungan.


Ditemukan juga bahwa reaksi sel EBC, serta orientasi dan jarak yang diperlukan relatif terhadap subjek, tidak berubah seiring waktu.

Namun, uji "sementara" ini dilakukan di ruang uji yang sama. Itu juga perlu untuk memeriksa perbedaan antara reaksi EBC untuk kondisi yang diketahui dan yang baru. Untuk ini, beberapa kunjungan dilakukan ketika tikus mempelajari kamera, yang sudah mereka ketahui dari tes sebelumnya, dan kemudian kamera baru dengan ruang terbuka.

Seperti yang Anda duga, reaksi sel EBC + orientasi / jarak yang diinginkan tetap tidak berubah di ruang baru ( 4a , 4c ).

Dengan demikian, reaksi EBC memberikan representasi yang stabil dari batas-batas lingkungan relatif terhadap subjek dalam semua jenis lingkungan ini, terlepas dari penampilan dinding, area ruang uji, pergerakannya dan waktu yang dihabiskan oleh subjek dalam ruang.

Untuk seorang kenalan yang lebih mendetail dengan nuansa penelitian ini, saya sarankan Anda melihat laporan para ilmuwan dan bahan tambahan untuk itu.

Epilog

Dalam karya ini, para ilmuwan berhasil mengkonfirmasi dalam praktek teori representasi egosentris lingkungan, yang sangat penting untuk orientasi dalam ruang. Mereka membuktikan bahwa antara representasi spasial alokasi dan tindakan aktual ada proses menengah di mana sel-sel tertentu dari striatum, yang disebut sel batas egosentris (EBC), terlibat. Ditemukan juga bahwa EBC lebih terkait dengan mengendalikan pergerakan seluruh tubuh, dan bukan hanya kepala subjek.

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan mekanisme lengkap orientasi dalam ruang, semua komponen dan variabelnya. Pekerjaan ini, menurut para ilmuwan, selanjutnya akan membantu meningkatkan teknologi navigasi untuk mobil otonom dan untuk robot yang dapat memahami ruang di sekitar mereka, seperti yang kita lakukan. Para peneliti sangat senang dengan hasil pekerjaan mereka, yang memberi alasan untuk terus mempelajari hubungan antara bagian otak tertentu dan bagaimana navigasi dilakukan di luar angkasa.

Terima kasih atas perhatian Anda, tetap ingin tahu dan selamat bekerja, kawan! :)

Terima kasih telah tinggal bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat materi yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikannya kepada teman-teman Anda, diskon 30% untuk pengguna Habr pada analog unik dari server entry-level yang kami buat untuk Anda: Seluruh kebenaran tentang VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps dari $ 20 atau bagaimana membagi server? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).

Dell R730xd 2 kali lebih murah? Hanya kami yang memiliki 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 199 di Belanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mulai dari $ 99! Baca tentang Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga 9.000 euro untuk satu sen?