Neuronalny detektor granic – czyli o tym, jak mózg tworzy mapyCzas czytania: 5 min

Bartosz Bagrowski

2021-01-10
Neuronalny detektor granic – czyli o tym, jak mózg tworzy mapy<span class="wtr-time-wrap after-title">Czas czytania: <span class="wtr-time-number">5</span> min </span>

Układ nerwowy niemal nieustannie odbiera bodźce za pomocą określonych receptorów oraz analizuje je w odpowiadających im ośrodkach i sieciach neuronalnych. Jednym z istotnych elementów analizy percepcyjnej jest informacja o położeniu naszego ciała i przemieszczaniu go w przestrzeni. Istotna w tej kwestii jest rola zmysłów ‒ wzroku, słuchu czy dotyku, ale szczególnie istotne znaczenie mają proprioceptory (odpowiadające za czucie głębokie) oraz błędnik (odpowiedzialny za równowagę). Znacznie istotniejszy jednak jest proces przetwarzania informacji pochodzących z wymienionych receptorów, a szczególną rolę w procesie kodowania informacji o położeniu ciała w przestrzeni pełni hipokamp1. Jednak frakcji neuronów ośrodkowego układu nerwowego, aktywnych podczas eksploracji otoczenia, jest więcej. Oprócz komórek miejsca znajdujących się w hipokampie istnieją także komórki sieci w korze śródwęchowej, komórki kierunku głowy czy tzw. komórki ściany2.

Funkcjonowanie neuronalnych korelatów naturalnego tworzenia map i orientacji przestrzennej jest nieustannie przedmiotem wielu badań naukowych, zarówno na owadach czy gryzoniach, jak i w badaniach elektrofizjologicznych3. Niedawno na łamach „Nature” ukazał się artykuł zatytułowany Boundary-Anchored Neural Mechanisms of Location-Encoding For Self And Others [Zakotwiczone na granicach mechanizmy neuronowe kodujące informacje o lokalizacji własnej i innych osób], w którym autorzy opisali oscylacje aktywności neuronalnej w przyśrodkowym płacie skroniowym mózgu człowieka, które odpowiadają za kodowanie zbliżania się do granic, takich jak ściany. Co ciekawe, obszary te były aktywne zarówno podczas gdy badana osoba doświadczała spotkań ze ścianą, jak i podczas gdy wyłącznie obserwowała, jak robi to inna osoba4.

Autorzy pracy postanowili zbadać mechanizmy neuronalne i poznawcze stojące za kodowaniem informacji o lokalizacji własnej i innych osób. W tym celu wykorzystali wszczepione elektrody, badające czynność fal mózgowych podczas chodzenia oraz obserwowania innych osób. Zaobserwowano, że za zbliżanie się do różnego rodzaju granic odpowiadają reprezentacje korowe w przyśrodkowym płacie skroniowym (MTL), odpowiedzialnym m.in. za rozpoznawanie obiektów czy słyszenie wrażeń dźwiękowych. Choć reprezentacje te są chwilowe, mogą być jednak wzmacniane, gdy informacja o lokalizacji może być bardzo istotna dla zachowania. Wyniki badania ukazują także, że położenie nas samych oraz innych osób w naszym środowisku jest kodowane przez te same mechanizmy neuronalne w naszym mózgu, dzięki czemu mózg tworzy wielowymiarową mapę5.

Odkrycie mechanizmu odpowiadającego za kodowanie informacji o zbliżaniu się do różnego rodzaju granic wyjaśnia, dlaczego inaczej odbieramy zbliżanie się do klifu niż chodzenie po równej i bezpiecznej powierzchni. Wzrost częstotliwości rytmów fal mózgowych w obszarze MTL podczas zbliżania się do ściany, do klifu czy do przeszkody jest swoistym alarmem, który ostrzega nas o potencjalnym niebezpieczeństwie, wywołując charakterystyczny niepokój. Autorzy zauważają także, że informacja taka może również nabrać skojarzeń emocjonalnych, dzięki czemu potencjalnie niebezpieczne miejsce (np. krawędź urwiska) jest jeszcze lepiej zapamiętane. Aktywność tych samych obszarów w momencie, gdy obserwowana przez nas osoba zbliża się do przeszkody, może współgrać z ideą neuronów lustrzanych.

Hugo J. Spiers komentujący to odkrycie w artykule Brain Rhythms That Help Us To Detect Borders [Rytmy mózgowe, które pomagają nam wykrywać granice], zauważa, że koordynowanie informacji o własnym położeniu z informacjami o położeniu innych osób może mieć szerszy kontekst i być wiązane również z mapami abstrakcyjnymi dotyczącymi np. sieci społecznościowych czy hierarchii wiedzy6.

Choć odkrycie to rzuciło nowe światło na ideę „neuronalnego GPS” oraz na niektóre aspekty poznawcze w życiu człowieka, to jednak prowadzi do kolejnych pytań, na które odpowiedzi może nam w przyszłości dostarczyć neuronauka.

Bartosz Bagrowski

 

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 10.1.2021

Przypisy

  1. Por. P.A. Dudchenko, Why People Get Lost: The Psychology And Neuroscience of Spatial Cognition, Oxford 2010, s. 191; J.S. Taube, S.I. Wiener (red.), Head Direction Cells and the Neural Mechanisms of Spatial Orientation, Cambridge 2005, s. XVIII; J. Vetulani, M. Mazurek, Nasz wewnętrzny GPS w: Bez ograniczeń. Jak rządzi nami mózg, „Seria: Bez Tajemnic”, Warszawa 2015, s. 22 [17‒26].
  2. Por. O. Kiehn, H. Forssberg, Scientific Background: The Brain’s Navigational Place and Grid Cell System, „Nobel Prize Medicine” 2014 [dostęp 28 XII 2020].
  3. Badania na owadach: Y.E. Fisher, J. Lu., I. D’Alessandro, R.I. Wilson, Sensorimotor Experience Remaps Visual Input To A Heading-Direction Network, „Nature” 2019, Vol. 576, s. 121‒125 [dostęp 28 XII 2020]; badania na gryzoniach: T. Danjo, T. Toyoizumi, S. Fujisawa, Spatial Representations Of Self And Other In The Hippocampus, „Science” 2018, Vol. 359, No. 6372, s. 213‒218 [dostęp 28 XII 2020]; badania elektrofizjologiczne: R.M. Grieves, K.J. Jeffery, The Representation Of Space In The Brain, „Behavioural Processes” 2017, Vol. 135, s. 113‒131 [dostęp 28 XII 2020].
  4. Por. M. Stangl et al., Boundary-Anchored Neural Mechaanisms of Location-Encoding For Self And Others, „Nature” 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-03073-y [dostęp 28 XII 2020].
  5. Warto zwrócić uwagę na badania z grudnia 2020, w których wykazano, że tworzenie neuronalnej mapy to nie to samo, co wyobrażanie sobie położenia swojego lub innych osób, bowiem za pamięć przestrzenną nie odpowiadają te same mechanizmy, które są odpowiedzialne za wyobraźnię przestrzenną czy pamięć obrazów otoczenia: Por. W.A. Bainbridge et al. Quantifying Aphantasia Through Drawing: Those Without Visual Imagery Show Deficits In Object But Not Spatial Memory, „Cortex” 2020, DOI: 10.1016/j.cortex.2020.11.014 [dostęp 28 XII 2020].
  6. Por. H.J. Spiers, Brain Rhythms That Help Us To Detect Borders, „Nature: News and Views” 2020 [dostęp 28 XII 2020].

Literatura:

  1. Bainbridge W.A. et al., Quantifying Aphantasia Through Drawing: Those Without Visual Imagery Show Deficits In Object But Not Spatial Memory, „Cortex” 2020, DOI: 10.1016/j.cortex.2020.11.014 [dostęp 28 XII 2020].
  2. Danjo T., Toyoizumi T., Fujisawa S., Spatial Representations Of Self And Other In The Hippocampus, „Science” 2018, Vol. 359, No. 6372, s. 213‒218 [dostęp 28 XII 2020].
  3. Dudchenko P.A., Why People Get Lost: The Psychology And Neuroscience of Spatial Cognition, Oxford 2010.
  4. Fisher Y.E. et al., Sensorimotor Experience Remaps Visual Input To A Heading-Direction Network, „Nature” 2019, Vol. 576, s. 121‒125 [dostęp 28 XII 2020].
  5. Grieves R.M., Jeffery K.J., The Representation Of Space In The Brain, „Behavioural Processes” 2017, Vol. 135, s. 113‒131 [dostęp 28 XII 2020].
  6. Kiehn O., Forssberg H., Scientific Background: The Brain’s Navigational Place and Grid Cell System, „Nobel Prize Medicine” 2014 [dostęp 28 XII 2020].
  7. Spiers H.J., Brain Rhythms That Help Us To Detect Borders, „Nature: News and Views” 2020 [dostęp 28 XII 2020].
  8. Stangl M. et al., Boundary-Anchored Neural Mechaanisms of Location-Encoding For Self And Others, „Nature” 2020, DOI: 1038/s41586-020-03073-y [dostęp 28 XII 2020].
  9. Taube J.S., Wiener S.I. (red.), Head Direction Cells and the Neural Mechanisms of Spatial Orientation, Cambridge 2005.
  10. Vetulani J., Mazurek M., Nasz wewnętrzny GPS w: Bez ograniczeń. Jak rządzi nami mózg, „Seria: Bez Tajemnic”, Warszawa 2015, s. 17‒26.

Dodaj komentarz



Najnowsze wpisy

Najczęściej oglądane wpisy

Wybrane tagi