Нейробиологи из RIKEN (Япония) показали новые возможности механизмов пространственной ориентации — активность «системы GPS» крыс способна показать не только положение самой особи в пространстве, но и перемещения крыс, находящихся рядом.
Для социальных животных очень важно осознавать свое положение в пространстве относительно других членов группы, и теперь стало больше известно о том, как именно мозг реализует эту задачу. Ответ на очередную загадку мозга дает новая работа исследователей из японского RIKEN Brain Science Institute: информация о соседях у крыс фиксируется в той же группе клеток мозга, в которой отмечается положение самой особи.
Ведущую роль в пространственной ориентации выполняет особая структура мозга – гиппокамп, точнее, его передняя часть. О ее значении в «картировании» уже было известно ранее — в 2014 году самые значимые исследования были отмечены Нобелевской премией по физиологии или медицине. Но использует ли мозг нейроны гиппокампа, чтобы наблюдать не только за обстановкой, но и за другими особями, оставалось под вопросом. Для проверки гипотезы исследователи поместили двух крыс в простой Т-образный лабиринт. Одной из них дали возможность наблюдать за другой перед тем, как самой выполнить задание, и записали активность ее гиппокампальных нейронов. В результате, активность мозга «наблюдателя» дала четкое представление не только о его собственных перемещениях, но о действиях «бегуна».
В ходе эксперимента «наблюдатель» должен был выполнить два типа заданий: пройти в тот же рукав лабиринта, в который ушел «бегун», и пройти в противоположный. Оказалось, что доля нейронов, обрабатывающих и учитывающих информацию о другом объекте, может составлять до трех четвертей от общего количества клеток «системы GPS».
Потоки информации о самом себе и о соседе не смешиваются, так как важно не только, какая именно клетка проявляет активность, но и в какой момент времени: нейроны гиппокампа активируются с частотой около 8-ми Гц (так называемый тета-ритм), и понять, где информация о «бегуне», а где — о самом «наблюдателе» можно за счет фазового сдвига между волнами активности клеток. А пересечение путей регистрируется отдельными нейронами только когда «наблюдатель» оказывается в месте, в котором ранее уже был «бегун» (например, перед развилкой, где крыса задерживается чуть дольше для принятия решения).
Количество нейронов, вовлеченных в процесс наблюдения за «бегуном», зависит от важности положения «бегуна» для «наблюдателя» в данный момент. Так, когда крысам нужно было оказаться в одном рукаве лабиринта, почти все активные нейроны «системы GPS» были вовлечены в отслеживание соседа; и только около 13% — в случае необходимости выбрать другой рукав.
«У нейронов не возникает путаницы, — комментирует Сигэёоси Фуджисава, заведующий лабораторией RIKEN BSI, — Активность клеток “наблюдателя” позволяет с высокой точностью реконструировать перемещения обеих крыс, и даже сказать, что кто-то из них находится сейчас в месте, в котором когда-то побывали они обе».
Фуджисава и его коллеги предполагают, что, гиппокамп способен формировать четыре типа пространственных моделей: модель самой особи, модель наблюдаемой особи, модель взаиморасположения особей в пространстве в одно и то же время, и отметки о посещении разными особями одних и тех же точек пространства в разное время.
Полученные выводы расширяют существующую теорию когнитивных карт и дополняют представление о роли гиппокампа в когнитивных процессах.
Результаты исследований опубликованы в журнале Science.
Текст: Виктория Стельмах