Водители лондонских такси должны сдать экзамен, на котором их просят назвать кратчайший маршрут между любыми двумя местами в пределах шести миль от Чаринг-Кросс – района с более чем 60000 дорог. Мы знаем из сканирования мозга, что обучение "знание" – как называют это водители – увеличивает размер их гиппокампа, части мозга, имеющей решающее значение для пространственной памяти.
Новое исследование показывает, что больший размер гиппокампа может быть не единственным неврологическим преимуществом вождения черного такси. В то время как средний человек, вероятно, имеет множество отдельных ментальных карт для разных районов Лондона, часы, которые таксисты проводят в навигации, могут привести к объединению этих карт в единую глобальную карту.
Революция ячеек сетки
Десятилетия работы как на людях, так и на животных привели к огромным скачкам в нашем понимании того, как гиппокамп и близлежащие области мозга формируют карты пространства. Ключевой прорыв был сделан Джоном О’Кифом в 1970-х годах, который использовал электроды для регистрации активности отдельных клеток мозга в гиппокампе крыс, когда они ходили. Он обнаружил ячейки, которые были активны в отдельных местах в космосе, и назвал их ячейками места. Например, одна ячейка была активна, когда крыса находилась в верхнем левом углу комнаты, в то время как другие были активны, когда крыса была в центре комнаты.
Четыре десятилетия спустя тот же метод был использован для идентификации так называемых ячеек сетки. Как и ячейки мест, ячейки сетки активны в определенных точках пространства, но, в отличие от ячеек мест, становятся активными в нескольких точках, организованных в повторяющийся треугольный узор. Вместе эти и другие клетки считаются клеточной основой пространственной карты мозга, и их открытие привело к присуждению Нобелевской премии в 2014 году.
Повторяющийся узор ячеек сетки означает, что они активируются через равные промежутки времени, когда животное исследует окружающую среду. Считается, что это повторяющееся действие может действовать как линейка: подсчитывая, сколько раз группы ячеек сетки становились активными, мозг крысы может вычислить, как далеко он переместился. И наоборот, эти ячейки также можно использовать для навигации между точками в пространстве, вычисляя, как далеко вам нужно переместиться, чтобы достичь цели. Если бы ячейки сетки действовали как линейка, для получения согласованных измерений расстояние между точками, в которых ячейки активны, должно быть одинаковым независимо от того, где вы находитесь.
Активность ячейки сетки, когда крыса перемещается по комнате.
Тем не менее, это требование было поставлено под сомнение недавними открытиями, показывающими, что в некоторых местах активность ячеек сетки искажается от ее регулярного паттерна. Например, в некоторых помещениях узор искажается возле стен, особенно сильно затрагивая углы треугольных пространств. Поэтому в этих местах сложно использовать ячейки сетки в качестве линейки.
Во тьме
Чтобы исследовать эту проблему, мы записали ячейки сетки у крыс, исследующих два отсека, соединенных коридором. Важно отметить, что эти два отделения были идентичны: они выглядели, пахли и ощущались одинаково. Мы выдвинули гипотезу, что если ячейки сетки действительно действуют как полезная мера пространства, их активность должна охватывать два отсека, даже если они перцептивно идентичны, что отражает тот факт, что каждая ячейка имеет разное положение в пространстве.
Несколько месяцев без гламура было проведено в темной комнате, разбрасывая рис по отсекам, чтобы побудить крыс исследовать, после чего последовал лишь немного более гламурный анализ данных. К счастью, мы наблюдали ряд интересных результатов. Когда крысы впервые начали исследовать, образцы активности ячеек сетки были идентичны в двух отсеках, отражая идентичные сенсорные сигналы в каждом из них.
Однако после того, как крысы потратили несколько дней на изучение, активность ячеек сетки стала более регулярной, в конечном итоге сформировав единый непрерывный паттерн, охватывающий оба отсека. Ячейки сетки перешли от двух отдельных и идентичных карт для каждого отсека к единой и непрерывной карте, охватывающей оба. Размещение обоих отсеков на одной карте означает, что ячейки сетки можно использовать в качестве меры пространства и для навигации между ними.
Хотя это и интересная разработка, это, конечно, не последнее слово о функциях ячеек сетки. Другие исследования обнаружили очевидные постоянные искажения в их образцах активности, и еще предстоит выяснить, существуют ли определенные факторы, препятствующие формированию регулярных моделей, и какими они могут быть. Важнейшие будущие шаги, вероятно, будут включать определение того, как искажения в моделях активности ячеек сетки связаны с неточностями в навигации и мешает ли деактивация ячеек сетки точной навигации.
В большинстве исследований используются грызуны для изучения представления пространства мозгом, поскольку запись с отдельных клеток у людей в настоящее время требует инвазивной хирургии. Сканирование мозга показало, что у людей тоже есть ячейки сетки, но необходимы новые технологии, прежде чем мы сможем задаться вопросом, формируют ли ячейки сетки водителей такси те же глобальные паттерны, что и у наших крыс.