Про крыс и шоколад. Исследования нейрологии навигации.
В номере Nature от 2 мая опубликована замечательная статья двух ученых из Johns Hopkins University - д-ров Брэда Пфайфера и Дэвида Фостера.
Ниже перевод краткого содержания статьи, ссылка на текст и немного мыслей по этому поводу.
Краткое содержание статьи:
Эффективная навигация требует планирования возможных маршрутов к желаемой точке назначения. Ранее была выдвинута гипотеза, что клетки гиппокампа, называемые “place cells” (клетки местности), играют роль в планировании навигации, но экспериментального подтверждения этой гипотезы не существовало. В этой работе мы показываем что перед началом целенаправленной навигации в открытой камере с множественными путями к точкам назначения, в гиппокампе крысы генерируются быстрые цепочки (последовательности), кодирующие пространственные траектории сильно коррелирующие с предстоящим путем крысы от текущего местонахождения к желаемой точке назначения. Эти цепочки предсказывают поведение крысы в непосредтственном будущем, причем даже в случаях, когда комбинация начальной и конечной точки является новой. Эти результаты показывают, что последовательность событий в гиппокампе, котораяя ранее характеризовалась в тестах с линейными пространственными траекториями, как “проигрывание” также способна поддерживать целенаправленные механизмы по нахождению траектории, в которых обозначены важные узлы траектории и возмжные пути между ними, в определенные моменты времени, когда необходимо извлечение памяти, и способом, позволяющим контролировать последующее поведение крысы при навигации.
_
Cтатья:
http://www.nature.com/nature/journal/v497/n7447/full/nature12112.html
_
От себя. Для меня это ценный и замечательный текст. Он не только о том, как работает гиппокамп у таксистов и других людей, занимающихся пространственной навигацией постоянно. Он о многом.
В порядке ассоциации я вспомнил замечательного человека, который когда-то преподавал на Физтехе динамику космического полета - академика Раушенбаха. Был у него пунктик с компьютерами. Он считал компьютеры оглупляющими инструментами. На минуту, это человек, который мог сравнительно легко взять в уме пространственные интегралы и, наверное, мог вслепую несколько шахматных партий играть параллельно. Большого ума человек был.
При всем уважении у меня амбивалентное отношение к его позиции. С одной стороны, это правда, что многие функции мозга подобны мышце и если их не тренировать, то они слабеют и постепенно атрофируются. С другой стороны человечество как таковое тупее не стало - коллективно, в целом. Компьютер - это инструмент, и не более. Хочешь все считать в уме - пожалуйста, флаг в руки и ветер в горбатую спину. Зачем рутину в уме считать я не очень понимаю. Можно использовать те же сложные нейронные сети для задач более высокого уровня.
И тем не менее. С развитием GPS систем чуть не в каждом мобильном телефоне, снижается ли наша способность к пространственной навигации? Может быть. У того же таксиста, который учился водить машину по городу X c самого начала по GPS, если этот GPS потом отобрать, то он будет как без рук. Но потом за какое-то время может переучится, если захочет. Я не знаю точно, но думаю, что это так.
Тем не менее, наличие электронного GPS в машине и в руках не вполне выключает навигацию в гиппокампе мозга. Путь от двери дома к машине, путь от остановки метро домой - все это работает при участии тех же систем гиппокампа. Более того, если спросить человека что он ел сегодня утром на завтрак, то нейрологически он быстро проиграет в голове что происходило за завтраком (используя те же системы) и потом ответит на вопрос - проследив за последовательностью.
Еще интересно, как на процессы навигации влияет алкоголь. Никто в сильно опьяненном виде дорогу домой не искал? :-) Оно совсем не так работает и outsourcing этого процесса таксисту (c GPSом или без) - хорошая идея.
В общем, мы живем в интересное время.
Подкаст с участием Дэвида Фостера, в котором можно понять при чем здесь вообще шоколад:
http://www.nature.com/nature/podcast/index-2013-04-18.html
http://www.nature.com/multimedia/podcast/nature/v496/n7445/nature-2013-04-18.mp3
http://www.nature.com/nature/podcast/v496/n7445/nature-2013-04-18.html
_
Abstract:
Effective navigation requires planning extended routes to remembered goal locations. Hippocampal place cells have been proposed to have a role in navigational planning, but direct evidence has been lacking. Here we show that before goal-directed navigation in an open arena, the rat hippocampus generates brief sequences encoding spatial trajectories strongly biased to progress from the subject’s current location to a known goal location. These sequences predict immediate future behaviour, even in cases in which the specific combination of start and goal locations is novel. These results indicate that hippocampal sequence events characterized previously in linearly constrained environments as ‘replay’ are also capable of supporting a goal-directed, trajectory-finding mechanism, which identifies important places and relevant behavioural paths, at specific times when memory retrieval is required, and in a manner that could be used to control subsequent navigational behaviour.
Ниже перевод краткого содержания статьи, ссылка на текст и немного мыслей по этому поводу.
Краткое содержание статьи:
Эффективная навигация требует планирования возможных маршрутов к желаемой точке назначения. Ранее была выдвинута гипотеза, что клетки гиппокампа, называемые “place cells” (клетки местности), играют роль в планировании навигации, но экспериментального подтверждения этой гипотезы не существовало. В этой работе мы показываем что перед началом целенаправленной навигации в открытой камере с множественными путями к точкам назначения, в гиппокампе крысы генерируются быстрые цепочки (последовательности), кодирующие пространственные траектории сильно коррелирующие с предстоящим путем крысы от текущего местонахождения к желаемой точке назначения. Эти цепочки предсказывают поведение крысы в непосредтственном будущем, причем даже в случаях, когда комбинация начальной и конечной точки является новой. Эти результаты показывают, что последовательность событий в гиппокампе, котораяя ранее характеризовалась в тестах с линейными пространственными траекториями, как “проигрывание” также способна поддерживать целенаправленные механизмы по нахождению траектории, в которых обозначены важные узлы траектории и возмжные пути между ними, в определенные моменты времени, когда необходимо извлечение памяти, и способом, позволяющим контролировать последующее поведение крысы при навигации.
_
Cтатья:
http://www.nature.com/nature/journal/v497/n7447/full/nature12112.html
_
От себя. Для меня это ценный и замечательный текст. Он не только о том, как работает гиппокамп у таксистов и других людей, занимающихся пространственной навигацией постоянно. Он о многом.
В порядке ассоциации я вспомнил замечательного человека, который когда-то преподавал на Физтехе динамику космического полета - академика Раушенбаха. Был у него пунктик с компьютерами. Он считал компьютеры оглупляющими инструментами. На минуту, это человек, который мог сравнительно легко взять в уме пространственные интегралы и, наверное, мог вслепую несколько шахматных партий играть параллельно. Большого ума человек был.
При всем уважении у меня амбивалентное отношение к его позиции. С одной стороны, это правда, что многие функции мозга подобны мышце и если их не тренировать, то они слабеют и постепенно атрофируются. С другой стороны человечество как таковое тупее не стало - коллективно, в целом. Компьютер - это инструмент, и не более. Хочешь все считать в уме - пожалуйста, флаг в руки и ветер в горбатую спину. Зачем рутину в уме считать я не очень понимаю. Можно использовать те же сложные нейронные сети для задач более высокого уровня.
И тем не менее. С развитием GPS систем чуть не в каждом мобильном телефоне, снижается ли наша способность к пространственной навигации? Может быть. У того же таксиста, который учился водить машину по городу X c самого начала по GPS, если этот GPS потом отобрать, то он будет как без рук. Но потом за какое-то время может переучится, если захочет. Я не знаю точно, но думаю, что это так.
Тем не менее, наличие электронного GPS в машине и в руках не вполне выключает навигацию в гиппокампе мозга. Путь от двери дома к машине, путь от остановки метро домой - все это работает при участии тех же систем гиппокампа. Более того, если спросить человека что он ел сегодня утром на завтрак, то нейрологически он быстро проиграет в голове что происходило за завтраком (используя те же системы) и потом ответит на вопрос - проследив за последовательностью.
Еще интересно, как на процессы навигации влияет алкоголь. Никто в сильно опьяненном виде дорогу домой не искал? :-) Оно совсем не так работает и outsourcing этого процесса таксисту (c GPSом или без) - хорошая идея.
В общем, мы живем в интересное время.
Подкаст с участием Дэвида Фостера, в котором можно понять при чем здесь вообще шоколад:
http://www.nature.com/nature/podcast/index-2013-04-18.html
http://www.nature.com/multimedia/podcast/nature/v496/n7445/nature-2013-04-18.mp3
http://www.nature.com/nature/podcast/v496/n7445/nature-2013-04-18.html
_
Abstract:
Effective navigation requires planning extended routes to remembered goal locations. Hippocampal place cells have been proposed to have a role in navigational planning, but direct evidence has been lacking. Here we show that before goal-directed navigation in an open arena, the rat hippocampus generates brief sequences encoding spatial trajectories strongly biased to progress from the subject’s current location to a known goal location. These sequences predict immediate future behaviour, even in cases in which the specific combination of start and goal locations is novel. These results indicate that hippocampal sequence events characterized previously in linearly constrained environments as ‘replay’ are also capable of supporting a goal-directed, trajectory-finding mechanism, which identifies important places and relevant behavioural paths, at specific times when memory retrieval is required, and in a manner that could be used to control subsequent navigational behaviour.