Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!Όταν πλοηγούμαστε σε ένα μέρος με το οποίο είμαστε μόνο κάπως εξοικειωμένοι, συχνά βασιζόμαστε σε μοναδικά ορόσημα για να βρούμε τον δρόμο μας. Ωστόσο, αν ψάχνουμε για ένα γραφείο σε ένα κτίριο από τούβλα και υπάρχουν πολλά κτίρια από τούβλα κατά μήκος της διαδρομής μας, θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε έναν κανόνα όπως την αναζήτηση του δεύτερου κτιρίου σε έναν δρόμο, αντί να βασιζόμαστε στη διάκριση του ίδιου του κτιρίου.
Μέχρι να επιλυθεί αυτή η ασάφεια, πρέπει να έχουμε κατά νου ότι υπάρχουν πολλαπλές πιθανότητες (ή υποθέσεις) για το πού βρισκόμαστε σε σχέση με τον προορισμό μας. Σε μια μελέτη σε ποντίκια, νευροεπιστήμονες του MIT ανακάλυψαν τώρα ότι αυτές οι υποθέσεις αναπαρίστανται ρητά στον εγκέφαλο από διακριτά πρότυπα νευρωνικής δραστηριότητας.
Αυτή είναι η πρώτη φορά που παρατηρούνται στον εγκέφαλο πρότυπα νευρωνικής δραστηριότητας που κωδικοποιούν ταυτόχρονες υποθέσεις. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αυτές οι αναπαραστάσεις, οι οποίες παρατηρήθηκαν στον οπισθοσπληνιακό φλοιό (RSC) του εγκεφάλου, όχι μόνο κωδικοποιούν υποθέσεις, αλλά θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν από τα ζώα για να επιλέξουν τη σωστή κατεύθυνση.
«Από όσο γνωρίζουμε, κανείς δεν έχει δείξει σε μια σύνθετη συλλογιστική εργασία ότι υπάρχει μια περιοχή στον φλοιό συσχέτισης που έχει κατά νου δύο υποθέσεις και στη συνέχεια χρησιμοποιεί μία από αυτές τις υποθέσεις, μόλις λάβει περισσότερες πληροφορίες, για να ολοκληρώσει την εργασία», λέει ο Mark Harnett, αναπληρωτής καθηγητής εγκεφάλου και γνωστικών επιστημών, μέλος του Ινστιτούτου McGovern για την Έρευνα Εγκεφάλου του MIT και ο κύριος συγγραφέας της μελέτης.
Ο Jakob Voigts Ph.D., πρώην μεταδιδακτορικός στο εργαστήριο του Harnett και τώρα επικεφαλής ομάδας στην ερευνητική πανεπιστημιούπολη Janelia του Ιατρικού Ινστιτούτου Howard Hughes, είναι ο κύριος συγγραφέας της εργασίας, η οποία δημοσιεύεται στο Nature Neuroscience.
Ασαφή ορόσημα
Το RSC λαμβάνει δεδομένα από τον οπτικό φλοιό, τον σχηματισμό του ιππόκαμπου και τον πρόσθιο θάλαμο, τον οποίο ενσωματώνει για να βοηθήσει στην καθοδήγηση της πλοήγησης. Σε μια εργασία του 2020, το εργαστήριο του Harnett διαπίστωσε ότι το RSC χρησιμοποιεί τόσο οπτικές όσο και χωρικές πληροφορίες για την κωδικοποίηση ορόσημων που χρησιμοποιούνται για πλοήγηση. Σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές έδειξαν ότι οι νευρώνες στο RSC των ποντικιών ενσωματώνουν οπτικές πληροφορίες σχετικά με το περιβάλλον με χωρική ανατροφοδότηση της θέσης των ποντικιών κατά μήκος μιας διαδρομής, επιτρέποντάς τους να μάθουν πού να βρουν μια ανταμοιβή με βάση τα ορόσημα που είδαν.
Στη νέα τους μελέτη, οι ερευνητές ήθελαν να εμβαθύνουν στον τρόπο με τον οποίο το RSC χρησιμοποιεί χωρικές πληροφορίες και το περιβάλλον της κατάστασης για να καθοδηγήσει τη λήψη αποφάσεων πλοήγησης. Για να το πετύχουν αυτό, οι ερευνητές επινόησαν μια πολύ πιο περίπλοκη εργασία πλοήγησης από αυτήν που χρησιμοποιείται συνήθως σε μελέτες με ποντίκια.
Δημιούργησαν μια μεγάλη, στρογγυλή αρένα, με 16 μικρά ανοίγματα ή θύρες κατά μήκος των πλευρικών τοιχωμάτων. Ένα από αυτά τα ανοίγματα θα έδινε στα ποντίκια μια ανταμοιβή όταν έβαζαν τη μύτη τους μέσα από αυτήν. Στο πρώτο σετ πειραμάτων, οι ερευνητές εκπαίδευσαν τα ποντίκια να πηγαίνουν σε διαφορετικές θύρες ανταμοιβής που υποδεικνύονταν από κουκκίδες φωτός στο πάτωμα, οι οποίες ήταν ορατές μόνο όταν τα ποντίκια πλησίαζαν.
Μόλις τα ποντίκια έμαθαν να εκτελούν αυτή τη σχετικά απλή εργασία, οι ερευνητές πρόσθεσαν μια δεύτερη κουκκίδα. Οι δύο κουκκίδες βρίσκονταν πάντα στην ίδια απόσταση μεταξύ τους και από το κέντρο της αρένας. Αλλά τώρα τα ποντίκια έπρεπε να πάνε στο λιμάνι δίπλα στην αριστερόστροφη κουκκίδα για να λάβουν την ανταμοιβή. Επειδή οι κουκκίδες ήταν πανομοιότυπες και γίνονταν ορατές μόνο σε κοντινές αποστάσεις, τα ποντίκια δεν μπορούσαν ποτέ να δουν και τις δύο κουκκίδες ταυτόχρονα και δεν μπορούσαν αμέσως να προσδιορίσουν ποια κουκκίδα ήταν ποια.
Για να λύσουν αυτό το πρόβλημα, τα ποντίκια έπρεπε επομένως να θυμούνται πού περίμεναν να εμφανιστεί μια κουκκίδα, ενσωματώνοντας τη δική τους θέση του σώματός τους, την κατεύθυνση που κατευθυνόντουσαν και την πορεία που ακολούθησαν για να καταλάβουν ποιο ορόσημο είναι ποιο. Μετρώντας τη δραστηριότητα του RSC καθώς τα ποντίκια πλησίαζαν τα ασαφή ορόσημα, οι ερευνητές μπόρεσαν να προσδιορίσουν εάν το RSC κωδικοποιεί υποθέσεις σχετικά με τη χωρική τοποθεσία. Η εργασία σχεδιάστηκε προσεκτικά ώστε να απαιτεί από τα ποντίκια να χρησιμοποιούν τα οπτικά ορόσημα για να λαμβάνουν ανταμοιβές, αντί για άλλες στρατηγικές όπως οσφρητικά ερεθίσματα ή αδικαιολόγητες εκτιμήσεις.
“Αυτό που είναι σημαντικό για τη συμπεριφορά σε αυτή την περίπτωση είναι ότι τα ποντίκια πρέπει να θυμούνται κάτι και στη συνέχεια να το χρησιμοποιούν για να ερμηνεύουν μελλοντικά δεδομένα”, λέει ο Voigts, ο οποίος εργάστηκε σε αυτή τη μελέτη ενώ ήταν μεταδιδακτορικός στο εργαστήριο του Harnett. “Δεν είναι απλώς να θυμόμαστε κάτι, αλλά να το θυμόμαστε με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορούμε να ενεργήσουμε βάσει αυτού.” Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι καθώς τα ποντίκια συσσώρευαν πληροφορίες σχετικά με το ποια κουκκίδα μπορεί να ήταν ποια, οι πληθυσμοί νευρώνων RSC εμφάνισαν διακριτά μοτίβα δραστηριότητας για ελλιπείς πληροφορίες. Κάθε ένα από αυτά τα μοτίβα φαίνεται να αντιστοιχεί σε μια υπόθεση σχετικά με το πού νόμιζε το ποντίκι ότι βρισκόταν σε σχέση με την ανταμοιβή.
Όταν τα ποντίκια πλησιάζουν αρκετά ώστε να καταλάβουν ποια κουκκίδα υποδείκνυε τη θύρα ανταμοιβής, αυτά τα μοτίβα κατέρρευσαν σε αυτήν που αντιπροσωπεύει τη σωστή υπόθεση. Τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι αυτά τα μοτίβα όχι μόνο αποθηκεύουν παθητικά υποθέσεις, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να υπολογιστεί ο τρόπος με τον οποίο θα φτάσουν στη σωστή θέση, λένε οι ερευνητές.
