Для ориентации в пространстве в мозге есть два типа нейронов. Первые сидят в гиппокампе и хранят разные особенности окружающего ландшафта. Иными словами, они удерживают карты местности, и каждая карта кодируется особой комбинацией клеток. Эти нейроны так и назвали – нейроны места.
Другие, сидящие в энторинальной коре, по очереди возбуждаются, пока индивидуум передвигается в пространстве, – то есть они отмечают участки территории. Их особенность в том, что включаются такие нейроны по особой схеме, разбивая пространство на шестиугольные фрагменты, делая его похожим на огромную решётку. Отсюда и их название – grid-нейроны, или нейроны решётки. Они задают систему координат, в которой мозгу удобно описывать конкретный ландшафт и собственные перемещения в пространстве. За открытие обоих типов нейронов навигации в 2014 году дали Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Казалось бы, нейроны решётки (которые ещё называют GPS-системой мозга), должны всегда работать одинаково, независимо от того, что мы думаем и чувствуем – ведь они просто дают систему координат. Но на самом деле нейронная координатная решётка может искажаться. Исследователи из Австрийского научно-технологического института сажали крыс на особую поверхность, покрытую периодическими ямками. В трёх ямках прятали угощение, которое крыса должна была найти. Чтобы животные не нашли его сразу по запаху, всю поверхность присыпали пылью, сделанной из того же самого угощения; в результате крыса должна была проверять ямку за ямкой, пока не найдёт то, что хотела. Животные постепенно выучивали, где лежит еда, и потом шли уже целенаправленно к нужному отверстию. На следующий день эксперимент повторяли, но еду перекладывали из прежней ямки в другую.
Одновременно у крыс записывали активность нейронов места и нейронов решётки, и оказалось, что ожидание награды влияло на активность тех и других. Собственно, от нейронов места, наверное, можно было ожидать, что они пойдут на поводу у желаний, но было удивительно, что и нейроны решётки могут изменить координатную сетку в зависимости от того, какая цель у индивидуума в данный момент. Например, как говорится в статье в Science, если очередное угощение ожидалось по правую сторону от крысы, то и среди нейронов решётки активнее работали те, которые соответствовали правым узлам координатной сетки; левые же работали слабее.
Сами нервные клетки, конечно, не меняли положение в мозге, но их меняющаяся активность давала искажение координатных шестиугольников (потому что путешествию через разные координаты соответствует активность тех или иных нейронов решётки) – как если бы вершина шестиугольника притягивалась поближе к точке с едой. Соответственно, если угощение перекладывали с места на место, активность нейронов навигации менялась – узлы координатной сетки начинали смещаться в другие стороны.
В экспериментах другой исследовательской группы из Стэнфорда, крысы тоже искали еду в углублениях на полу, причём когда крысы приближались к правильному месту, они слышали некий звук. Постепенно животные поняли, что звук означает место с едой. И звук, как оказалось, влиял на нейроны решётки. Когда крыса приближалась к месту с едой и слышала звуковой сигнал, что еда рядом, активность нейронов решётки менялась: те, которые должны были размечать территорию с едой, начинали активнее генерировать импульсы, кроме того, нейроны выстраивали более плотную решётку, чтобы получить более детальную разметку местности. Результаты этих экспериментов также описаны в Science.
Иными словами, система навигации не только прислушивается к тем целям, которые заставляют субъекта рыскать по округе, она ещё и собирает информацию от других сенсорных систем, чтобы помочь сориентироваться в той части местности, которая нас интересует. Мы говорим «нас», потому что, хотя эксперименты ставили на крысах, система навигации нейронов места и нейронов решётки, очевидно, свойственна всем млекопитающим. И мы возьмём на себя смелость сказать, что многие из нас сами чувствовали, как нейроны решётки искажают пространство – когда место, до которого вы хотите добраться, оказывается дальше, чем вам казалось.
Автор: Кирилл Стасевич