Международная группа исследователей совершила прорыв в понимании механизмов пространственной навигации, впервые обнаружив в мозге своеобразный «биологический одометр» — нейронную систему, которая с поразительной точностью отслеживает пройденное расстояние.
Революционное открытие в нейронавигации
Изучая активность мозга лабораторных крыс во время движения, ученые зафиксировали работу уникального механизма в гиппокампе — области мозга, отвечающей за навигацию и формирование воспоминаний. Результаты этого исследования, опубликованные в престижном журнале Current Biology, открывают новые горизонты в понимании того, как мозг обрабатывает пространственную информацию.
В ходе эксперимента крысы свободно перемещались по специально созданной арене компактного размера. Исследователи с помощью высокоточных электродов регистрировали активность нейронов в гиппокампе животных и обнаружили удивительную закономерность: определенные клетки мозга активировались через равные промежутки пройденного пути, словно внутренние часы, отсчитывающие каждый «километр» путешествия.
Решетчатые клетки — природный GPS мозга
Ключевую роль в этом процессе играют так называемые решетчатые клетки (grid cells) — специализированные нейроны, которые создают в мозге своеобразную координатную сетку. Эти клетки срабатывают с регулярной периодичностью: у крыс активация происходила приблизительно каждые 30 сантиметров пройденного пути, создавая четкий ритмический паттерн активности.
Профессор Эйндж, один из ведущих исследователей проекта, отмечает: «Чем более регулярной была схема активации этих клеток, тем точнее животные оценивали расстояние, которое им необходимо было пройти для получения награды». Это открытие впервые продемонстрировало прямую связь между ритмичной активностью решетчатых клеток и способностью мозга точно измерять пройденные расстояния.
Методология исследования
Для проведения эксперимента ученые разработали изящную систему мотивации: крысы получали лакомство — кусочек шоколадной каши — только после преодоления определенной дистанции на прямоугольной арене и последующего возвращения к стартовой точке. Такой подход позволил четко связать нейронную активность с поведенческими реакциями животных.
Критическим моментом эксперимента стало изменение геометрии арены. Когда исследователи модифицировали форму пространства для передвижения, регулярный паттерн активации решетчатых клеток нарушался, и крысы начинали испытывать серьезные затруднения в оценке необходимого расстояния для получения награды.
Особенно впечатляющим стал следующий этап исследования, где добровольцы проходили через увеличенную версию навигационного теста для крыс. Результаты показали, что человеческий мозг обладает аналогичным механизмом пространственного измерения, что свидетельствует об эволюционной древности и универсальности этой нейронной системы.