Как работает внутренний компас мозга?

краткое содержание: Полученные данные проливают новый свет на то, как мозг ориентируется в изменяющейся среде и как нормальные навигационные процессы могут быть ослаблены в результате болезни Альцгеймера.

источник: Университет Макгилла

Ученые получили новое представление о той части мозга, которая дает нам чувство направления, отслеживая нейронную активность с помощью последних достижений в области методов визуализации мозга.

Полученные данные проливают свет на то, как мозг ориентируется в меняющихся условиях, и даже на процессы, которые могут пойти не так при дегенеративных заболеваниях, таких как деменция, из-за которых люди чувствуют себя потерянными и дезориентированными.

«За последнее десятилетие исследования в области неврологии претерпели технологическую революцию, позволив нам задавать вопросы и отвечать на них, о которых мы могли только мечтать всего несколько лет назад», — говорит Марк Брэндон, доцент психиатрии в Университете Макгилла и научный сотрудник Douglas Research. Центр. который руководил исследованием вместе с Заки Аджаби, бывшим студентом Университета Макгилла, а ныне научным сотрудником с докторской степенью в Гарвардском университете.

Прочтите внутренний компас мозга

Чтобы понять, как визуальная информация влияет на внутренний компас мозга, исследователи поместили мышей в разрушительный виртуальный мир, записывая нейронную активность мозга.

Команда записала внутренний компас мозга с беспрецедентной точностью, используя последние достижения в технологии записи нейронов.

Эта способность расшифровывать внутреннюю ориентацию головы животного позволила исследователям изучить, как клетки ориентации головы, которые составляют внутренний компас мозга, поддерживают способность мозга переориентироваться в меняющемся окружении.

В частности, исследовательская группа определила явление, которое они назвали «сетевым приобретением», которое позволяло внутреннему компасу мозга переориентироваться после того, как мыши были дезориентированы.

«Это как если бы мозг имел механизм для реализации «кнопки сброса», которая позволяет быстро переориентировать внутренний компас в запутанных ситуациях», — говорит Аджаби.

Хотя животные в этом исследовании подвергались неестественным визуальным переживаниям, авторы утверждают, что такие сценарии действительно связаны с современным человеческим опытом, особенно с быстрым распространением технологий виртуальной реальности.

«Эти результаты могут в конечном итоге объяснить, как системы виртуальной реальности могут так легко контролировать наше чувство ориентации», — добавляет Аджеби.

Полученные данные вдохновили исследовательскую группу на разработку новых моделей, чтобы лучше понять лежащие в их основе механизмы.

«Эта работа — прекрасный пример того, как экспериментальный и вычислительный подходы вместе могут улучшить наше понимание мозговой активности, управляющей поведением», — говорит соавтор Сюэ-Синь Вей, вычислительный нейробиолог и доцент Техасского университета в Остине.

дегенеративные заболевания;

Выводы также имеют большое значение для болезни Альцгеймера. «Один из первых самосознательных симптомов болезни Альцгеймера — это то, что люди теряют ориентацию и теряются даже в знакомой обстановке», — говорит Брэндон.

Исследователи ожидают, что лучшее понимание того, как работает внутренний компас и навигационная система мозга, приведет к более раннему выявлению и лучшей оценке лечения болезни Альцгеймера.

об учебе

Финансирование: Исследование было поддержано Советом по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады и Канадским институтом исследований в области здравоохранения.

Об этом Новости исследований в области неврологии

автор: Ширли Карденас
источник: Университет Макгилла
коммуникация: Ширли Карденас — Университет Макгилла
картина: Изображение находится в общественном достоянии

Исходный поиск: открытый доступ.
«Динамика популяции нейронов ориентации головы во время дрейфа и переориентацииМарк Брэндон и др. природа

Резюме

Динамика популяции нейронов ориентации головы во время дрейфа и переориентации

Система ориентации головы (HD) служит внутренним компасом мозга, который классически формулируется как одномерная петлевая сеть притяжения. В отличие от глобально согласованного магнитного компаса, система HD не имеет глобальной системы отсчета. Вместо этого он опирается на локальные сигналы, поддерживая устойчивое равновесие по мере того, как сигналы вращаются и дрейфуют в отсутствие эталонов.

Однако вопросы, касающиеся механизмов, лежащих в основе закрепления и дрейфа, остаются нерешенными, и лучше всего решать их на популяционном уровне. Например, неясно, в какой степени сохраняется одномерное описание популяционной активности в условиях переориентации и дрейфа.

Здесь мы выполнили популяционные записи таламических HD-клеток, используя визуализацию кальция во время контролируемого вращения визуального ориентира.

Во всех экспериментах активность населения варьировалась по второму измерению, которое мы называем сетевым усилением, особенно в условиях непоследовательности и неоднозначности. Активность в этом измерении предсказала динамику реорганизации и дрейфа, включая скорость реорганизации сети.

В темноте сетевое усиление сохраняло «след памяти» о ранее отображаемом ориентире. Дальнейшие эксперименты показали, что сетка HD возвращалась к своей первоначальной ориентации после коротких, но не более длительных экспозиций скругленного сигнала. Эта зависимость от опыта указывает на то, что память о прошлых ассоциациях между нейронами HD и аллокативными сигналами сохраняется и влияет на внутреннее представление HD.

Основываясь на этих результатах, мы показываем, что непрерывное вращение визуального ориентира вызывало вращение HD-представления, которое сохранялось в темноте, демонстрируя зависимую от эксперимента повторную калибровку HD-системы.

Наконец, мы предлагаем вычислительную модель для формализации того, как нейронный компас гибко адаптируется к изменяющимся сигналам окружающей среды, чтобы поддерживать надежное представление HD.

Эти результаты бросают вызов классическим одномерным интерпретациям системы HD и дают представление о взаимодействиях между этой системой и лежащими в ее основе сигналами.