Наш мозг использует различные системы отсчета - также известные как системы координат - для представления движения объектов в сцене, сообщает сайт мед портал forumssity.ru.

Некоторые системы координат более полезны, чем другие, для представления информации. Например, чтобы представить местоположение на Земле, мы могли бы использовать систему координат, ориентированную на Землю, такую ??как широта и долгота. В такой системе координат, ориентированной на Землю, местоположение, например, ваш дом, постоянно с течением времени. Но вы также можете представить, где вы живете, как местоположение относительно Солнца, используя ориентированную на солнце систему координат. Такая система явно не будет полезна для людей, пытающихся найти, где вы живете, так как ваш адрес в солнечных координатах будет постоянно меняться, когда Земля вращается относительно Солнца.

Человеческий мозг сталкивается с той же проблемой представления информации с помощью соответствующих систем координат и передачи между системами координат для управления вашими действиями. Отчасти это происходит потому, что сенсорная информация кодируется в разных системах отсчета: визуальная информация первоначально кодируется относительно глаза с координатами, ориентированными на глаз, слуховая информация первоначально кодируется относительно головы с координатами, центрированными на голове, и так далее. Интересный набор вычислений должен произойти в мозге, чтобы эти сенсорные сигналы были объединены, чтобы позволить человеку воспринимать всю сцену.

Но как нейроны представляют объекты в разных системах отсчета, пока вы перемещаетесь по среде?

В статье, опубликованной в журнале Nature Neuroscience , исследователи из Университета Рочестера, в том числе Грег ДеАнджелис, профессор мозга и когнитивных наук, исследовали, как нейроны в мозге представляют движение объекта, в то время как наблюдатель также движется.

В частности, исследователи изучили, как наблюдатели судят о движении объекта относительно головы наблюдателя или относительно мира.

Их выводы о том, что нейроны в определенной области мозга более гибки в переключении между системами отсчета, предоставляют важную информацию о внутренней работе мозга и могут потенциально использоваться в нейронном протезировании и терапии для лечения нарушений головного мозга.

НЕЙРОНЫ ФИКСИРОВАННЫЕ ИЛИ ГИБКИЕ?

Представь, что ты играешь в футбол. Если вы бежите и хотите поразить мяч, вам нужно будет рассчитать траекторию движения шара относительно вашей головы, чтобы вы могли установить контакт между головой и мячом. Поэтому система координат, ориентированная на голову, была бы полезной. В качестве альтернативы, если вы бежите и наблюдаете, как ваш партнер по команде бьет по мячу в направлении ворот, вам нужно будет рассчитать траекторию движения мяча относительно цели, чтобы определить, забил ли ваш партнер по команде. Для этого потребуется система координат, ориентированная на мир, поскольку цель фиксирована относительно мира.

«В зависимости от выполняемой задачи мозг должен представлять движение объекта в разных системах координат, чтобы быть успешным», - говорит ДеАнджелис. «Большой вопрос: как мозг это делает?»

Исследователи хотели определить, должен ли мозг переключаться между различными нейронами, у каждого из которых есть различная фиксированная система отсчета - например, переключение между нейроцентричными нейронами и нейронами, ориентированными на мир - или гибкие нейроны, и обновлять свои ссылки кадры в соответствии с мгновенными требованиями задачи представления движения объекта.

Исследователи обучали субъектов оценивать движение объекта по координатам, ориентированным как на голову, так и на мир, и переключаться между ними от испытания к испытанию на основе сигнала.

Исследователи записали сигналы от нейронов в двух разных областях мозга и обнаружили, что нейроны в вентральной интрапариетальной (VIP) области мозга обладают замечательным свойством: их реакции на движение объекта меняются в зависимости от задачи.

То есть нейроны не имеют фиксированных систем отсчета, но вместо этого гибко приспосабливаются к требованиям задачи и соответственно меняют свои системы отсчета.

Нейроны в VIP будут представлять движение объекта в координатах, центрированных по голове, когда субъекты должны сообщать о движении объекта относительно своей головы. Они представляют движение объекта в мировых координатах, когда субъект должен был сообщить о движении объекта относительно мира.

Поскольку нейроны имеют такие гибкие ответы, это означает, что мозг может значительно упростить процесс передачи информации, необходимой для управления действиями.

«Это первое исследование, которое показывает, что нейроны могут гибко представлять пространственную информацию, такую ??как движение объекта, в различных системах координат на основе инструкций, данных субъекту», - говорит ДеАнджелис. «Это означает, что мозг может декодировать - или« считывать »- информацию из этой единственной популяции нейронов и иметь возможность получать информацию, необходимую ему для любой задачи».

Зона VIP расположена в теменной доле головного мозга и получает данные от зрительных, слуховых и вестибулярных (внутреннего уха) органов чувств. Это первое исследование, в котором проверяются гибкие системы отсчета, поэтому VIP-зона является единственной зоной, имеющей это свойство. Исследователи подозревают, однако, что нейроны в других областях мозга могут также обладать этим свойством.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ НЕЙРОННОГО ПРОТЕЗИРОВАНИЯ И РАССТРОЙСТВ МОЗГА

Исследование предлагает важную информацию о внутренней работе мозга и потенциально может быть использовано для таких применений, как нейронное протезирование, при котором активность мозга используется для контроля протезов или транспортных средств.

«Чтобы создать эффективный нейронный протез, вы хотите собирать сигналы от областей мозга, которые были бы наиболее полезными и гибкими для выполнения основных задач», - говорит ДеАнджелис. «Если эти задачи включают в себя, например, перехват движущихся объектов, то использование сигналов VIP может быть способом эффективного протезирования для решения различных задач, которые включают оценку движения относительно головы или мира».

Хотя это исследование в настоящее время не связано с определенным заболеванием головного мозга, исследователи ранее обнаружили, что способность людей воспринимать сенсорную информацию и определять, какие события в мире вызвали этот сенсорный вклад - способность, известная как причинный вывод - нарушается в расстройства, такие как аутизм и шизофрения.

«В текущей и будущей работе мы более подробно изучаем нейронные механизмы этого процесса причинного вывода, используя связанные задачи, которые включают взаимодействие между движением объекта и самодвижением», - говорит ДеАнджелис.

Предыдущая статья
Следущая статья