Исследователи Массачусетского технологического института выяснили, как человеческий мозг ориентируется в пространстве, полагаясь на специализированные нейроны, известные как 'клетки места' в гиппокампе. Их результаты, опубликованные в журнале Cell Reports, основаны на экспериментах с мышами.
По словам Ий Гу, профессора кафедры наук о мозге и когнитивных наук MIT, когда человек посещает новое место, мозг изначально испытывает трудности с его распознаванием. 'В первый день мозг не имеет четкого представления о новой среде, поскольку нейроны помнят только определенные локации. Однако к пятому дню они готовы сформировать когнитивную карту', объяснил он. 'Чтобы картирование произошло, эти нейроны должны работать вместе в координированной манере.'
Исследователи поместили мышей в лабиринты, не поощряя их наградами, и наблюдали за активностью нейронов в области CA1 гиппокампа с помощью вспышек ионов кальция. Эти вспышки регистрировались во время исследования и во время сна, когда мыши повторно активировали свои переживания.
Они наблюдали немедленное и устойчивое увеличение нейронной активности в последующие дни. Однако эта активность сама по себе не объясняет сложные процессы, связанные с картированием.
С помощью алгоритмов размерности данных ученые изучили взаимодействия между отдельными нейронами, определив 'слабо связанные с местом' клетки, чья активность не была связана с конкретными воспоминаниями, а с паттернами активности в сети.
Гу отметил: 'В первые дни после посещения нового места в гиппокампе формируется когнитивная карта, которая является концептуальной картой, а не схемой.' Мэтью Уилсон, директор лаборатории, проводивший эксперименты, добавил: 'Эта карта обогащается воспоминаниями, связанными с местоположением. Эти характерные черты могут служить опорными маркерами, хотя сейчас неясно, какая информация точно остается на ментальной карте, поскольку мыши исследовали лабиринты без ориентиров.'
Исследование подтвердило, что когнитивное картирование требует сна. Чтобы выяснить, как мозг строит пространственные карты во время сна, ученые обнаружили, что мыши 'тренировались' в своих снах на основе последних исследований, улучшая свои воспоминания об этих опытах.
В последующих экспериментах исследователи немного изменили условия. Мыши исследовали новый лабиринт дважды в день с трехчасовым перерывом между попытками. Некоторые могли спать, в то время как другие были лишены этого. Первая группа развила более глубокое понимание нового окружения, в то время как у второй группы не было значительных улучшений.
Эти результаты предполагают, что сон помогает нейронам мозга лучше 'настраиваться' для изучения новых пространств. Нейробиологи планируют провести дополнительные исследования, используя более сложные лабиринты.