Что такое «внутренний компас»?

Прогуляйтесь по центру любого старого города: осмотрите старинную  церковь, музей, парк. . Теперь отправляйтесь домой. Отходите, прослеживайте свои шаги в обратном порядке. Чтобы вы снова вернулись домой, ваш мозг «записал» все эти повороты.

У нас есть внутренний компас, всегда отслеживающий, с каким направлением мы сталкиваемся, и всегда отслеживающий изменения в этом направлении. Мозг может использовать этот компас, чтобы направлять путь. Так же, как ваше GPS-устройство отслеживает каждый ход, который вы делаете в автомобиле, чтобы он мог разработать новый маршрут с того направления, с которым вы сейчас сталкиваетесь.

Глубокий вопрос в нейронауке — это то, как мозг может построить внутренний компас: как может цепочка нейронов отслеживать повороты и движение? Ответ прост: за это отвечает структура под названием «кольцо нейронов».

внутренний компас22Теоретики давно любили эту проблему внутреннего компаса. У многих их решений есть одна общая черта: в кольце есть множество нейронов. И связи между нейронами устроены так, что несколько нейронов рядом друг с другом активны, а все остальное тихо. Этот удар активности тогда представляет собой текущее направление, в котором движется мозг (соответственно,  с телом):

Как кольцо нейронов представляет направление движения? При движении прямо вперед нейроны в верхней части кольца наиболее активны: в верхней части кольца действует волна активности. Нейроны на противоположной стороне кольца «молчат». Когда тело поворачивается на 90 градусов вправо, так что ребро вращается вокруг кольца, чтобы представить это новое направление движения.

И когда вход в это кольцо меняется, поэтому удар возвращается в новое место, и это новое местоположение — новое направление, в котором движется мозг. Когда вход не меняется, мозг стабилен. Шум не може сдвинуть его. Эта устойчивость означает, что это кольцо является «аттрактором», типом системы, которая имеет устойчивые состояния. Это была теория. Основное несогласие между теоретиками было именно тем, как нейроны были связаны между собой, чтобы это произошло.

Но в последнее время группа исследователей изучила кусочки мозга мухи, которые помогали ей перемещаться, и они заметили, что группа нейронов в мозге мух была организована по кругу. Хм, они подумали, что это — кольцо-аттрактор? Тестирование было простым. Ученые записывали мозговую активность в этом кольце нейронов, пока муха летает. А затем смотрели, изменилась ли активность вокруг кольца нейронов, когда муха изменила направление.

Постоянно движущаяся деятельность в этом кольце точно соответствовала постоянно меняющемуся направлению летания.

внутренний компас11Так что это кольцо в мозге мухи похоже на компас. Но это компас? Или это просто считывание данных из другого места? Чтобы проверить это, они обратились к идеям из теорий: если это действительно компас, это кольцевой аттрактор. Они стимулировали несколько близких нейронов светом, повышая их активность. Было установлено, что в мозге мухи есть кольцевой аттрактор, который является внутренним компасом. И благодаря этому эксперименту по изучению мух теперь есть шансы, что у нас тоже есть кольцевой аттрактор в мозге. В сложные моменты своей  жизни вы можете спросить себя: «Где я?» К счастью для вас, одна часть вашего мозга всегда точно знает, куда вы направляетесь.