У недавньому дослідженні дослідники виявили існування двох різних карт у вторинній моторній корі головного мозку. Дослідження пропонує трансформаційний погляд на те, як мозок керує просторовим плануванням і навігацією. Ці подвійні карти – одна егоцентрична, а інша – світоцентрична – дають життєво важливе розуміння того, як наш мозок керує складними завданнями, від планування рухів до розуміння нашого положення в навколишньому середовищі.
Цей видатний прорив може мати далекосяжні наслідки для розуміння різноманітних неврологічних станів (таких як інсульт), які порушують увагу до простору та здатність людини орієнтуватися в оточенні. Дослідження відкриває нові шляхи для цільової терапії, яка може прискорити одужання та покращити якість життя пацієнтів із такими захворюваннями.
Подвійні карти в мозку
«Ми виявили, що премоторна кора використовує егоцентричну систему координат для просторового планування, але вона також кодує орієнтовану на світ карту, яка використовується для визначення поточного положення тіла у світі», — сказав доктор Джеффрі Ерліх, керівник групи. у Wellcome Center Sainsbury при UCL.
«Ця егоцентрична та світоцентрична інформація об’єднується в окремих нейронах у мультиплікативний спосіб, що полегшує її роз’єднання».
Дослідження, опубліковане в Journal of Neuroscience, представляє нове завдання, яке дозволило дослідникам розрізнити егоцентричні та світоцентричні системи відліку за допомогою методів машинного навчання. Щоб розшифрувати цю інформацію, експерти записали нейронну активність фронтального поля орієнтації (FOF), частини вторинної моторної кори у щурів.
Як мозок переходить між картами
«Уявіть, що вас запитають, де найближча кав’ярня. Ви можете сказати «йди вперед і поверни ліворуч» (егоцентричний напрямок) або «йди на північ, а потім на схід» (світоцентричний напрямок)», — сказав доктор Ерліх.
«Ми хочемо зрозуміти, як мозок переходить між цими системами відліку та перетворює їх у дію».
Завдання полягало в тому, щоб ретельно навчити щурів вставляти свій ніс у визначений початковий ілюмінатор, після чого загорявся індикатор, який вказував на цільовий ілюмінатор. Ця установка вимагала від щурів зосередитися на візуальному сигналі як орієнтирі для їхнього наступного руху, покращуючи їхнє розуміння просторового розташування.
Слідуючи слуховому сигналу, щури рухалися до цільового ілюмінатора, щоб отримати винагороду, посилюючи зв’язок між сигналами та їхніми діями. Вирішальний період очікування між появою візуальної підказки та слуховим сигналом дозволив дослідникам уважно стежити за нейронною активністю.
Ця пауза дала можливість відрізнити фазу планування мозку від подальших дій, дозволивши експертам визначити, чи використовувало фронтальне поле орієнтації (FOF) егоцентричну або світоцентровану карту для просторового планування під час виконання завдання.
Карта знайдена у фронтальному полі орієнтування
«Додавши потрібну кількість складності до нашого завдання, ми змогли добре експериментально контролювати таймінги. Цей підхід дозволив нам розрізнити різні виміри репрезентації», – зазначив доктор Ерліх. Цікаво, що дослідники виявили світоцентровану карту у фронтальному полі орієнтування, відкриття, про яке раніше не повідомлялося.
«Ми були здивовані, виявивши на FOF карту світу, оскільки про це ніколи раніше не повідомлялося. Ми хочемо дослідити, для чого використовується ця інформація про посаду та за яких обставин вона стає функціонально релевантною», — сказав доктор Ерліх.
Мозкові карти та просторова увага
Карти мозку відіграють вирішальну роль у формуванні того, як ми сприймаємо світ, орієнтуємося та взаємодіємо з ним. Вони необхідні для моторного контролю, сенсорного сприйняття та просторового усвідомлення, відображаючи зв’язки між нашим тілом і навколишнім середовищем.
У цьому дослідженні відкриття егоцентричних і світоцентричних карт пропонує нове розуміння того, як мозок обробляє різні типи просторової інформації. Ці дві карти працюють у тандемі, дозволяючи мозку планувати рухи та орієнтуватися в просторі, що відображає його неймовірну адаптивність.
Отримання більш глибокого розуміння того, як ці карти формуються та підтримуються, може дати критичне розуміння неврологічних захворювань, які погіршують просторове сприйняття. Ці знання можуть прокласти шлях до нових методів лікування, спрямованих на покращення просторової уваги та сприяння одужанню пацієнтів із такими захворюваннями, як напівпросторове нехтування.
Більш широкі наслідки дослідження
Зараз дослідницька група зосереджена на дослідженні того, як ці подвійні карти функціонують під час завдань, що включають інструкції, орієнтовані на світ, а також на дослідженні того, як мозок планує складніші послідовності рухів.
Отримані результати можуть мати значні наслідки для розуміння зв’язків між просторовою увагою та неврологічними розладами, з потенціалом для створення нових методів лікування таких станів, як інсульт. Дослідження опубліковано в журналі JNeurosci.
