Благодаря эгоцентрическим нейронам наш внутренний GPS работает, и когда они выходят из строя, мы теряемся

Все мы ориентируемся в пространстве благодаря участкам мозга, отвечающим за навигацию. Они создают своего рода мысленную карту нашего окружения. Некоторые из них кодируют элементы этой карты, другие позволяют определить, где мы находимся.

Эти последние элементы ускользали от исследователей, долгое время изучающих работу человеческого мозга. Только сейчас ученые из Колумбийского университета отследили группу определенных нейронов в височной доле мозга. Результаты их исследований опубликованы в журнале «Neuron».

Как работает GPS в нашем мозгу

Исследование того, как мы ориентируемся, является важной частью нейробиологии. В 2014 году ученым, занимающимся этими вопросами, была присуждена Нобелевская премия по медицине.

Один из победителей, Джон О'Киф, в 1971 году обнаружил, что в мозгу крыс есть клетки, которые активируются в зависимости от того, куда идет животное. Он пришел к выводу, что мозг - особенно его часть гиппокамп - содержит что-то вроде карты, которая позволяет животным ориентироваться в пространстве.

В 2005 году Мэй-Бритт и Эдвард Мозер, чередующиеся лауреаты Нобелевской премии, обнаружили, что у крыс, пытающихся найти путь к месту назначения, область мозга в так называемом энторинальной коре. Нервные клетки, из которых она состоит, расположены в удивительно правильной форме сетки. Эти так называемые ячейки сетки образуют внутреннюю систему навигации, которая сообщает животному, где оно, где оно было и куда идти.

Дальнейшие исследования на крысах показали, что для функционирования карты мозга необходимы как минимум две разные группы нейронов. Одна из них - «аллоцентрические» клетки, кодирующие элементы окружающей среды. Их деятельность можно сравнить с электронной навигацией, в которую мы ввели определенный адрес. Затем мы видим карту и объекты на ней, и ориентация соответствует сторонам света (север вверху, юг внизу и т.д.).

Для использования этой карты нам также понадобится так называемый эгоцентрические нейроны. Они определяют, где мы находимся на этой карте и в каком направлении движемся. Исследователи сравнивают это с переходом в режим отслеживания маршрута в электронной навигации. Тогда мы не видим карту сверху, а принимаем перспективу путешественника: то, что перед нами, находится в верхней части изображения, а то, что позади нас, - в нижней части.

Эгоцентрические нейроны отмечают наше местоположение на карте мозга

Несколько лет назад в мозгу крыс были обнаружены эгоцентрические клетки. Оказалось, что они расположены во фрагменте энторинальной коры, называемом постринальной корой. На людях такие исследования были намного сложнее.
- «Трудно зафиксировать активность отдельных нейронов. Такие методы, как функциональный магнитный резонанс или ЭЭГ, показывают нам среднюю активность миллионов клеток. Более подробное исследование требует инвазивных методов, использование которых на людях чаще всего неэтично», объясняет доктор Лукас Кунц, ведущий автор исследования, опубликованного в Neuron.

Его команда предложила пациентам с эпилепсией сотрудничать с ними, поскольку в рамках их лечения в мозг были имплантированы электроды, подключенные к кардиостимулятору. Во время процедуры имплантации электродов ученые попросили испытуемых выполнять задачи в виртуальной среде и записали активность примерно 1400 отдельных нейронов.
Анализируя данные, ученые установили, что у людей эгоцентрические нейроны расположены в так называемой парагиппокампальной коре. Они составляют целых 25 процентов всех клеток в этой части мозга. Эти нейроны становятся активными, когда мы пытаемся определить, где мы находимся и когда идем по запланированному маршруту.

Без эгоцентрических нейронов мы начинаем теряться

Система пространственной ориентации - одна из первых, на которую нападают такие состояния, как болезнь Альцгеймера. Поэтому люди, пораженные этим заболеванием, теряются в ранее знакомой обстановке или не могут самостоятельно найти дорогу домой.

Эгоцентрические нейроны также участвуют в запоминании информации. Исследования команды Др. Кунца показали, что они активируются, когда мы думаем об объектах в определенном месте.

- «Мы уже знаем, что воспоминания состоят из нескольких элементов: самого события, времени, когда оно произошло, и места. Эти элементы, вероятно, хранятся в разных местах мозга». По словам доктора Кунца, эгоцентрические нейроны могут быть элементом, который определяет местонахождение воспоминаний в пространстве. Возможно, поэтому люди с болезнью Альцгеймера также не могут найти ключи от дома или кошелька.

Исследования эгоцентрических нейронов могут помочь понять болезнь Альцгеймера и другие нейродегенеративные расстройства. Однако это долгий путь. Для начала нам нужно больше узнать о том, как работают нейроны. «Только тогда мы сможем справиться с расстройствами памяти и ориентации», - говорит доктор Кунц.

Также стоит помнить, что наш внутренний GPS требует постоянного обучения. Когда мы пользуемся электронной навигацией, наш мозг становится ленивым. Поэтому стоит время от времени полагаться на собственную ориентацию или пользоваться классической бумажной картой.