Исследователи из Центра науки о мозге RIKEN (CBS) в Японии обнаружили область мозга, которая кодирует, где животное планирует находиться в ближайшем будущем. Связанная с внутренними картами пространственных местоположений и прошлых перемещений, активность в недавно обнаруженных клетках сетки точно предсказывает будущие местоположения, когда животное перемещается по своей среде. Опубликованное в журнале Science исследование помогает объяснить, как возможна запланированная пространственная навигация.
Это может показаться легким, но навигация в мире требует довольно большой скрытой мозговой активности. Например, простое хождение по супермаркету в поисках продуктов требует внутренних карт внешнего мира, информации о собственном меняющемся положении и скорости, а также воспоминаний о том, где вы были и что вы пытаетесь купить.
Большая часть этой информации содержится в клетках двух связанных частей мозга — гиппокампа и медиальной энторинальной коры, или сокращенно MEC, — которые чрезвычайно похожи у всех млекопитающих, от крыс до людей. В частности, MEC содержит карты текущего местоположения животного в пространстве, открытие, которое получило Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2014 году.
Новое исследование фокусируется на MEC, но не на сохраненной информации, необходимой для пространственной навигации или текущего местоположения животного. Вместо этого эксперименты, проведенные Сигэёси Фудзисавой и Аяко Оучи из RIKEN CBS, сосредоточены на том, как эта область мозга создает карты будущих положений, которые непрерывно обновляются по мере перемещения животных. Пока крысы пересекали открытое квадратное поле в поисках свободно доступной воды, которая перемещалась в разные места, исследователи регистрировали все движения, которые включали сотни траекторий. В то же время они регистрировали активность отдельных клеток мозга в MEC. После этого они проверили, насколько хорошо активность мозга с течением времени соответствовала изменению положения крыс.
Они обнаружили, что активность некоторых мозговых клеток в MEC создавала внутреннюю сетку, которая отображала будущие положения в поле. Например, клетка MEC могла кодировать определенное место в поле, но только когда крыса достигала места на 30–40 см раньше на маршруте, который в конечном итоге пересекал это место — независимо от того, с какого направления крыса шла. Это сильно отличается от клеток сетки, которые помогли выиграть Нобелевскую премию, которые активизируются только тогда, когда животное в данный момент находится в определенном месте. Авторы называют недавно обнаруженные нейроны «предиктивными клетками сетки» и провели несколько последующих экспериментов, чтобы получить лучшее представление о том, что именно они кодируют.
Во-первых, они проверили, предсказывают ли недавно обнаруженные клетки сетки будущее местоположение с точки зрения расстояния или времени от настоящего. Они обнаружили, что оба были закодированы, хотя «сетчатость» клеток была выше при рассмотрении расстояния. Они также обнаружили, что будущие позиции были верно закодированы в разных ситуациях, независимо от того, пытались ли крысы идти к определенным целям или они беспорядочно искали еду. Это означает, что функция предсказательных ячеек сетки не ограничивается целенаправленным поведением.
«Это исследование дает важную информацию о механизмах пространственной навигации и формирования эпизодической памяти в гиппокампальных и энторинальных корковых цепях», - сказал автор исследования Сигэёси Фудзисава. «В будущем мы хотели бы прояснить механизм, посредством которого организованы такие ячейки предсказательной сетки».
