Não se perca em três pinheiros: uma representação egocêntrica do meio ambiente

Movimento é vida. Essa frase pode ser interpretada como uma motivação para seguir em frente, para não ficar parado e alcançar o que é desejado, e como uma declaração do fato de que quase todos os seres vivos estão em movimento pela maior parte de suas vidas. Para que nossos movimentos e movimentos no espaço a cada vez não terminem com cones na testa e dedos pequenos quebrados nos pés, nosso cérebro usa "mapas" salvos do ambiente que emergem inconscientemente no momento do movimento. No entanto, existe uma opinião de que o cérebro não usa esses cartões de fora, por assim dizer, mas colocando uma pessoa nesse cartão e coletando dados na visão em primeira pessoa. Cientistas da Universidade de Boston decidiram provar essa teoria realizando uma série de experimentos práticos com ratos de laboratório. Então, como o cérebro realmente navega no espaço, quais células estão envolvidas e qual papel esse estudo desempenha para o futuro de carros e robôs autônomos? Aprendemos sobre isso no relatório do grupo de pesquisa. Vamos lá

Base de estudo

Assim, o fato estabelecido há muitos anos é que a parte principal do cérebro responsável pela orientação no espaço é o hipocampo.

O hipocampo está envolvido em uma variedade de processos: a formação de emoções, a transformação da memória de curto prazo em longo prazo e a formação da memória espacial. É este último que é a fonte dos próprios "mapas" que nosso cérebro invoca no momento certo para uma orientação mais eficaz no espaço. Em outras palavras, o hipocampo armazena modelos neurais tridimensionais do espaço dentro do qual o dono do cérebro está localizado.


Hipocampo

Existe uma teoria que afirma que entre a navegação real e os mapas do hipocampo há um estágio intermediário - a conversão desses mapas em uma visão em primeira pessoa. Ou seja, uma pessoa está tentando entender onde o que está localizado não aparece (como vemos nos mapas reais), mas onde o que será localizado em relação a si mesmo (em função da "vista da rua" no Google Maps).

Os autores do trabalho em questão enfatizam o seguinte: Os mapas cognitivos do ambiente são codificados na formação do hipocampo no sistema alocêntrico, mas as habilidades motoras (movimentos próprios) são representadas no sistema egocêntrico.


UFO: Inimigo desconhecido (sistema alocêntrico) e DOOM (sistema egocêntrico).

A diferença entre sistemas alocêntricos e egocêntricos se assemelha à diferença entre jogos de terceira pessoa (ou de uma vista lateral, superior, etc.) e jogos com uma visão em primeira pessoa. No primeiro caso, o próprio ambiente é importante para nós, no segundo - nossa posição em relação a esse ambiente. Assim, os planos de navegação alocêntricos devem ser transformados em um sistema egocêntrico para a implementação real, ou seja, movendo-se no espaço.

Os pesquisadores acreditam que é o estriado dorsomedial (DMS) * que desempenha um papel crítico no processo acima.


O estriado do cérebro humano.

Estriado * - parte do cérebro que se refere aos núcleos basais; o estriado está envolvido na regulação do tônus ​​muscular, órgãos internos e reações comportamentais; o estriado também é chamado de "estriado" devido à sua estrutura de faixas alternadas de substância cinzenta e branca.

O DMS demonstra respostas neurais relacionadas à tomada de decisões e à tomada de ações relacionadas à navegação no espaço; portanto, essa área do cérebro deve ser estudada com mais detalhes.

Resultados da pesquisa

Para determinar a presença / ausência de informações espaciais egocêntricas no estriado (DMS), quatro ratos machos foram implantados com até 16 tetrodos (eletrodos especiais conectados às partes desejadas do cérebro) direcionados ao DMS ( 1a ).


Imagem nº 1: a reação das células do estriado às fronteiras ambientais em um quadro de referência egocêntrico.


Foram realizadas 44 experiências quando ratos coletaram comida dispersa aleatoriamente em um espaço familiar (aberto, não no labirinto). Como resultado, 939 células foram fixadas. A partir dos dados coletados, foi encontrada a presença de 31 células de direção da cabeça (HDC), no entanto, apenas uma pequena parte das células, ou melhor, 19, tinha correlações espaciais alocêntricas. Além disso, a atividade dessas células, limitada pelo perímetro do ambiente, foi observada apenas durante o movimento do rato ao longo das paredes da câmara de teste, o que sugere um esquema de codificação egocêntrico para os limites do espaço.

Para avaliar as possibilidades de uma apresentação egocêntrica, com base nos indicadores de atividade das células de pico, foram criados mapas de bordas egocêntricas ( 1b ) que ilustram a orientação e a distância das bordas em relação à direção do movimento do rato, e não a posição da cabeça (comparação de 1g ).

18% das células fixas (171 em 939) mostraram uma resposta significativa quando o limite da câmara ocupava uma certa posição e orientação em relação à experimental ( 1f ). Os cientistas as denominaram células de células-limite egocêntricas (EBC). O número dessas células em indivíduos experimentais variou de 15 a 70, com uma média de 42,75 ( 1c , 1d ).

Entre as células de bordas egocêntricas, havia aquelas cuja atividade diminuía em resposta aos limites da câmara. Havia um total de 49 e os chamou de EBC reverso (iEBC). A taxa média de resposta celular (seu potencial de ação) no EBC e no iEBC foi bastante baixa - 1,26 ± 0,09 Hz ( 1h ).

A população de células EBC responde a todas as orientações e posições do limite da câmara em relação ao sujeito, mas a distribuição preferencial de orientação é bimodal com picos localizados 180 ° opostos um ao outro em ambos os lados do animal (-68 ° e 112 °), sendo ligeiramente deslocados da perpendicular ao eixo longo do animal a 22 ° ( 2d ).


Imagem No. 2: orientação e distância preferidas para a resposta das bordas das células egocêntricas (EBC).


A distribuição da distância preferida até o limite continha três picos: 6,4, 13,5 e 25,6 cm, indicando a presença de três distâncias preferidas diferentes entre a EBC ( 2f - 2h ), o que pode ser importante para a estratégia hierárquica de busca de navegação. O tamanho dos campos receptivos da EBC aumentou dependendo da distância preferida ( 2i ), o que indica um aumento na precisão da representação egocêntrica dos limites com uma diminuição na distância entre a parede e o sujeito.

Tanto na orientação preferida quanto à distância, não havia topografia clara, pois os CEEs experimentais ativos com orientações e distâncias diferentes em relação à parede apareceram no mesmo tetrodo ( 2a , 2b , 2e e 2f ).

Também foi revelado que os EBCs respondem de maneira estável aos limites do espaço (paredes da câmara) em qualquer versão das câmaras de teste. Para confirmar que os EBCs respondem aos limites locais da câmera, e não às suas características distais, os cientistas “giraram” a posição da câmera em 45 ° e tornaram várias paredes pretas, tornando-a diferente da usada em testes anteriores.

Os dados foram coletados tanto em uma câmera de teste convencional quanto em uma rotacionada. Apesar da mudança na câmara de teste, todas as orientações e distâncias preferidas em relação às paredes dos sujeitos da EBC permaneceram as mesmas.

Dada a importância dos ângulos, também foi considerada a possibilidade de os CEEs codificarem exclusivamente esses atributos ambientais locais. Isolando a diferença entre a reação perto dos cantos e a reação perto do meio da parede, um subconjunto de células EBC (n = 16; 9,4%), que exibem uma reação aumentada aos cantos, foi isolado.

Assim, podemos concluir que são as células EBC que respondem perfeitamente ao perímetro da câmera, ou seja, às paredes da câmara de teste e aos seus cantos.

Em seguida, os cientistas verificaram se a reação das células EBC ao espaço aberto (a arena de teste sem labirinto, ou seja, apenas 4 paredes) é a mesma com diferentes variantes da área da sala de teste. Foram realizadas três visitas, em cada uma das quais o comprimento das paredes diferia das anteriores em 50 cm.

Independentemente do tamanho da câmara de teste, a EBC reagiu às suas bordas na mesma distância e orientação em relação ao sujeito. Isso indica uma falta de escala de reação, dependendo do tamanho do ambiente.


Imagem 3: Resposta estável das células EBC aos limites do espaço.


Como o estriado recebe informações ambientais de várias áreas do córtex visual, os cientistas também verificaram se a aparência das paredes ( 3c ) da câmara afeta a resposta das células EBC.

A mudança na aparência dos limites do espaço não afetou a reação das células EBC e a distância e orientação necessárias para a reação em relação à experimental.


Imagem nº 4: Estabilidade da resposta celular EBC, independentemente do ambiente.


Verificou-se também que a reação das células EBC, bem como a orientação e distância necessárias em relação ao sujeito, não mudam ao longo do tempo.

No entanto, esse teste "temporário" foi realizado na mesma câmara de teste. Também foi necessário verificar a diferença entre a reação da EBC a condições conhecidas e novas. Para isso, foram realizadas várias visitas quando os ratos estudaram a câmera, que eles já conhecem em testes anteriores, e depois novas câmeras com espaço aberto.

Como você deve ter adivinhado, a reação das células EBC + a orientação / distância desejada permaneceu inalterada nas novas câmaras ( 4a , 4c ).

Assim, a reação da EBC fornece uma representação estável dos limites do ambiente em relação ao sujeito em todos os tipos desse ambiente, independentemente da aparência das paredes, da área da câmara de teste, de seu movimento e do tempo gasto pelo sujeito na câmara.

Para um conhecimento mais detalhado das nuances do estudo, recomendo que você analise o relatório dos cientistas e materiais adicionais .

Epílogo

Neste trabalho, os cientistas conseguiram confirmar na prática a teoria da representação egocêntrica do ambiente, que é extremamente importante para a orientação no espaço. Eles provaram que entre a representação espacial alocêntrica e a ação real, há um processo intermediário no qual certas células do estriado, chamadas células das fronteiras egocêntricas (EBC), estão envolvidas. Verificou-se também que a EBC está mais associada ao controle do movimento de todo o corpo, e não apenas da cabeça dos sujeitos.

Este estudo teve como objetivo determinar o mecanismo completo de orientação no espaço, todos os seus componentes e variáveis. Este trabalho, segundo os cientistas, ajudará ainda mais a melhorar as tecnologias de navegação para carros autônomos e para robôs que possam entender o espaço ao seu redor, como nós. Os pesquisadores estão extremamente satisfeitos com os resultados de seu trabalho, que dão motivos para continuar estudando a relação entre certas partes do cérebro e como a navegação é realizada no espaço.

Obrigado pela atenção, continuem curiosos e tenham uma boa semana de trabalho, pessoal! :)

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