Как мозг выбирает маршрут для прогулки
Нейроны-картографы следят за перемещениями мозга и подсказывают ему, в правильном ли направлении он движется.
Даже когда мы бесцельно гуляем, мы всё равно выбираем, куда идти в данный момент — к тому дереву или к этому, к тому дому или к другому, направо или налево. И пусть наши намерения постоянно меняются, всё равно на какое-то короткое время у нас в голове возникает цель и маршрут до неё. За маршруты и карты у нас отвечает область мозга под названием гиппокамп — один из главных центров памяти и одновременно главный навигатор. Система навигации в гиппокампе млекопитающих состоит из двух частей: одна — нейроны места, вторая — GPS-нейроны. Нейроны места — это собственно клетки-картографы. Они активируются в ответ на совокупные особенности ландшафта, запоминая какое-нибудь новое место, где оказался индивидуум. Что до GPS-нейронов, то они по очереди отмечают участки территории во время движения, формируют абстрактную сетку, наброшенную на плоскость, и особенности ландшафта их не волнуют.
Если речь о том, чтобы двигаться к какой-то цели, то тут, очевидно, главную роль должны играть нейроны места, ведь именно они запоминают, что где расположено. (Кстати, один и тот же нейрон места участвует в нескольких картах, которые могут двадцатикратно отличаться друг от друга масштабом.) Сотрудники Университетского колледжа Лондона, один из которых — Джон О'Киф, который эти нейроны места в своё время и открыл, описывают в Nature поведение клеток-картографов во время движения к цели. Опыты ставили на крысах, которым нужно было пересечь плоскость, составленную из нескольких десятков шестиугольных ячеек. Каждая ячейка представляла собой отдельную платформу, которую экспериментатор мог опускать и поднимать. Крыса видела где-то перед собой цель — это тоже была шестиугольная площадка, особым образом помеченная, — и шла к ней по поднимающимся шестиугольникам.
Джейк Ормонд, один из соавторов работы, и подвижные шестиугольные площадки, по которым крысе надо было добраться до условленного места. Фото: Sainsbury Wellcome Centre.
Но каждый раз, когда крыса должна была перескочить на новую платформу, она должна была сделать выбор, потому что перед ней поднимали сразу две или больше платформ. Среди них могло не быть ни одной, которая бы прямо вела к цели, но лишь более или менее в нужном направлении; были такие, которые вели вообще в другом направлении. Одновременно исследователи наблюдали за активностью нейронов-картографов — по всей площадке были расставлены метки, так что нейронам было за что зацепиться. И оказалось, что активность нейронов места зависит от того, насколько удачно выбрано направление движения.
Напрямую крыса двигаться не могла, но если отклонение от курса составляло 45 градусов, то нейроны места работали сильнее, чем когда отклонение составляло 90 градусов. Иными словами, нейронная карта показывала, насколько правильно крыса шла к цели. И если крысу учили двигаться к другой цели, которая была уже в каком-то новом месте, то и активность нейронов-картографов тоже менялась в соответствии с новыми условиями. Более того, по активности этих нейронов можно было понять, насколько цель близка. Способность выбрать правильный маршрут напрямую зависела от того, как работают клетки-картографы.
Стоит вспомнить, что выбор маршрута зависит не только от того, куда мы хотим попасть. Представим, например, что на пути у нас какая-то опасность, и лучше сделать большой крюк, чтобы её обойти. Очевидно, подобные сопутствующие соображения должны как-то учитываться системой навигации, и в перспективе исследователи хотят выяснить, как нейроны-картографы оценивают правильный маршрут с учётом различных жизненных сложностей.
