Как мозг отображает воспоминания без движения

краткое содержание: Ментальные карты активируются в мозгу, когда мы думаем о последовательности переживаний, даже без физического движения. В ходе исследования на животных они обнаружили, что энторинальная кора содержит когнитивную карту переживаний, которая активируется во время мысленного моделирования.

Это первое исследование, показывающее клеточную основу ментального моделирования в непространственной сфере. Результаты могут улучшить наше понимание функций мозга и формирования памяти.

Ключевые факты:

1. Ментальные карты создаются и активируются без необходимости физического движения.
2. Энторинальная кора содержит когнитивные карты переживаний.
3. Это исследование дает представление о клеточной основе ментального моделирования.

источник: Массачусетский Институт Технологий

Когда вы едете своим обычным маршрутом на работу или в продуктовый магазин, ваш мозг взаимодействует с когнитивными картами, хранящимися в гиппокампе и энторинальной коре головного мозга. На этих картах хранится информация о пройденных вами маршрутах и ​​местах, которые вы посещали ранее, поэтому вы можете ориентироваться, когда туда доберетесь.

Новое исследование Массачусетского технологического института показало, что такие мысленные карты также создаются и активируются, когда вы думаете только о последовательностях переживаний, в отсутствие каких-либо физических движений или сенсорной информации.

В ходе исследования на животных исследователи обнаружили, что энторинальная кора содержит когнитивную карту того, что испытывают животные, когда используют джойстик для прокрутки серии изображений. Эти когнитивные карты затем активируются, когда вы думаете об этих последовательностях, даже когда изображения не видны.

Это первое исследование, демонстрирующее клеточную основу ментального моделирования и воображения в непространственной области посредством активации когнитивных карт в энторинальной коре.

«Эти когнитивные карты используются для осуществления ментальной навигации без каких-либо сенсорных или двигательных сигналов. Мы можем видеть подпись этой карты», — говорит Мехрдад Джазайери, доцент кафедры мозга и когнитивных наук, член Института Макговерна Массачусетского технологического института. Исследования мозга и ведущий автор. Это проявляется, когда животное мысленно переживает эти переживания».

Суджая Неупане, научный сотрудник Института Макговерна, является ведущим автором статьи, которая появится в природа. Элла Витти, профессор кафедры мозга и когнитивных наук Массачусетского технологического института, член Института исследований мозга Макговерна Массачусетского технологического института и директор Центра исследований мозга К. Лиза Янг из интегративной вычислительной нейронауки также является автором статьи.

Интеллект-карты

Многочисленные исследования моделей на животных и людях показали, что представления о физических местоположениях хранятся в гиппокампе, небольшой структуре, напоминающей морского конька, и близлежащей энторинальной коре головного мозга. Эти представления активируются, когда животное движется через пространство, в котором оно уже находилось, непосредственно перед его пересечением или когда оно спит.

«Большинство предыдущих исследований были сосредоточены на том, как эти области отражают структуры и детали окружающей среды, когда животное физически перемещается в пространстве», — говорит Джазайери.

«Когда животное перемещается по комнате, его сенсорные ощущения хорошо кодируются активностью нейронов гиппокампа и энторинальной коры».

В новом исследовании Джазайери и его коллеги хотели выяснить, строятся ли эти когнитивные карты и затем используются ли они во время чисто умственных процессов или воображения движения в непространственных областях.

Чтобы изучить эту возможность, исследователи научили животных использовать джойстик, чтобы прокладывать путь через серию изображений («ориентиров»), расположенных через равные промежутки времени. Во время обучения животным показывали только часть пар изображений, а не все пары. Как только животные научились ориентироваться в обучающих парах, исследователи проверили, смогут ли животные справиться с новыми парами, которых они никогда раньше не видели.

Одна из возможностей заключается в том, что животные не изучают когнитивную карту последовательности, а вместо этого решают задачу, используя стратегию запоминания. Если это так, то ожидается, что у них возникнут трудности с новыми парами. Вместо этого, если животные полагаются на когнитивную карту, они смогут обобщить свои знания на новые пары.

«Результаты были ясными и недвусмысленными», — говорит Джазайери. «Животные могли мысленно перемещаться между новыми парами изображений с первого раза, когда их тестировали. Это открытие предоставило убедительные поведенческие доказательства существования когнитивной карты».

Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи записывали сигналы отдельных нейронов энторинальной коры головного мозга, пока животные выполняли это задание.

Нервные реакции имели поразительную особенность: когда животные использовали джойстик для перемещения между двумя ориентирами, нейроны демонстрировали отчетливые всплески активности, связанные с мысленным представлением перекрывающихся ориентиров.

«Мозг испытывает эти всплески активности в ожидаемое время, когда перекрывающиеся изображения проходят перед глазами животного, чего никогда не происходит», — говорит Джазайери.

«И время между этими ударами, что особенно важно, было именно тем временем, которого животное ожидало достичь, что в данном случае составляло 0,65 секунды».

Исследователи также показали, что скорость мысленного моделирования была связана с производительностью животных при выполнении задачи: когда они немного опоздали или рано выполнили задачу, их мозговая активность демонстрировала аналогичные изменения во времени.

Исследователи также обнаружили доказательства того, что мысленные представления в энторинальной коре головного мозга кодируют не конкретные визуальные особенности изображений, а скорее их порядковое расположение.

Модель для обучения

Для дальнейшего изучения того, как работают эти когнитивные карты, исследователи создали вычислительную модель, которая имитирует обнаруженную ими активность мозга и показывает, как она генерируется.

Они использовали тип модели, известный как модель постоянного влечения, которая изначально была разработана для моделирования того, как энторинальная кора отслеживает положение животного во время его движения на основе сенсорных данных.

Исследователи адаптировали модель, добавив компонент, способный изучать модели активности, генерируемые сенсорным вводом. Затем эта модель смогла научиться использовать эти паттерны для реконструкции этого опыта позже, когда не было сенсорной информации.

«Ключевым элементом, который нам нужно было добавить, является то, что эта система обладает способностью обучаться в двух направлениях, взаимодействуя с сенсорными входными данными. Благодаря ассоциативному обучению, которое проходит модель, она фактически воссоздает этот сенсорный опыт», — говорит Джазайери.

Теперь исследователи планируют изучить, что происходит в мозге, если ориентиры расположены неравномерно или расположены кольцом. Они также надеются зарегистрировать активность мозга в гиппокампе и энторинальной коре головного мозга, когда животные впервые учатся выполнять навигационные задачи.

«Наблюдение за тем, как память о структуре кристаллизуется в сознании и как это приводит к возникающей нейронной активности, — это действительно ценный способ задать вопрос, как происходит обучение», — говорит Джазайери.

Финансирование: Исследование финансировалось Советом естественных и инженерных исследований Канады, Исследовательскими фондами Квебека, Национальными институтами здравоохранения и Премией Пола и Лили Ньютон в области науки о мозге.

О новостях исследования памяти

автор: Эбби Аппазориус
источник: Массачусетский Институт Технологий
коммуникация: Эбби Апазуриус — Массачусетский технологический институт
картина: Изображение предоставлено Neuroscience News.

Исходный поиск: Закрытый доступ.
«Производство векторов посредством мысленной навигации в энторинальной коре головного мозга.«Мехрдад Джазайери и другие. природа

Резюме

Производство векторов посредством мысленной навигации в энторинальной коре головного мозга.

Когнитивная карта — это соответствующим образом организованное представление, позволяющее производить новые расчеты на основе предыдущего опыта; Например, планирование нового маршрута по знакомому месту. Работа над млекопитающими обнаружила прямые доказательства таких представлений при наличии внешних сенсорных сигналов как в пространственной, так и в непространственной областях.

Здесь мы проверили основной постулат оригинальной теории когнитивных карт: когнитивные карты поддерживают внутренние вычисления без внешнего воздействия.

Мы записали из энторинальной коры обезьян задачу мысленной навигации, которая требовала от обезьян использовать джойстик для создания одномерных векторов между парами визуальных ориентиров, не видя промежуточных ориентиров.

Способность обезьян выполнять задачу и обобщать информацию о новых парах позволяет предположить, что они полагались на организованное представление ориентиров. Нейроны, модулированные заданием, демонстрировали периодичность и крутизну, соответствующие временной структуре ориентиров, и демонстрировали признаки устойчивых сетей аттракторов.

Модель непрерывной сети аттракторов интеграции путей, дополненная механизмом обучения в стиле хиппи, дала объяснение тому, как система внутренне запоминает ориентиры.

Модель также сделала неожиданный прогноз, что внутренние ориентиры временно замедляют интеграцию путей, сбрасывая динамику и, таким образом, уменьшая изменчивость. Этот прогноз был подтвержден в ходе повторного анализа изменчивости и поведения скорострельности.

Наши результаты связывают организованные паттерны активности в энторинальной коре с эндогенным задействованием когнитивной карты во время мысленной навигации.