Cum creierul cartografiază amintirile fără mișcare

rezumat: Hărțile mentale sunt activate în creier atunci când ne gândim la secvențe de experiențe, chiar și fără mișcare fizică. Într-un studiu pe animale, ei au descoperit că cortexul entorinal conține o hartă cognitivă a experiențelor, care este activată în timpul simulării mentale.

Acesta este primul studiu care arată baza celulară a simulării mentale în domeniul non-spațial. Descoperirile ne-ar putea îmbunătăți înțelegerea funcției creierului și a formării memoriei.

Fapte cheie:

1. Hărțile mentale sunt create și activate fără a fi nevoie de mișcare fizică.
2. Cortexul entorinal conține hărți cognitive ale experiențelor.
3. Acest studiu oferă o perspectivă asupra bazei celulare a simulării mentale.

sursă: Institutul de tehnologie din Massachusetts

Pe măsură ce parcurgeți traseul obișnuit către serviciu sau la magazin alimentar, creierul interacționează cu hărțile cognitive stocate în hipocamp și cortexul entorinal. Aceste hărți stochează informații despre rutele pe care le-ați parcurs și locațiile pe care le-ați vizitat înainte, astfel încât să puteți naviga atunci când mergeți acolo.

Noi cercetări de la MIT au descoperit că astfel de hărți mentale sunt create și activate și atunci când te gândești doar la secvențe de experiențe, în absența oricărei mișcări fizice sau aport senzorial.

Într-un studiu pe animale, cercetătorii au descoperit că cortexul entorinal conține o hartă cognitivă a ceea ce experimentează animalele în timp ce folosesc un joystick pentru a parcurge o serie de imagini. Aceste hărți cognitive sunt apoi activate atunci când ne gândim la aceste secvențe, chiar și atunci când imaginile nu sunt vizibile.

Acesta este primul studiu care demonstrează baza celulară a simulării mentale și a imaginației într-un domeniu non-spațial prin activarea hărții cognitive în cortexul entorinal.

„Aceste hărți cognitive sunt folosite pentru a efectua navigarea mentală, fără niciun input senzorial sau motor. Cercetarea creierului și autorul principal Se manifestă pe măsură ce animalul trece prin aceste experiențe.”

Sujaya Neupane, cercetător la Institutul McGovern, este autorul principal al lucrării, care va apărea în natură. Ella Vitti, profesor de creier și științe cognitive la MIT, membru al Institutului McGovern pentru Cercetare a Creierului al MIT și director al K. Lisa Yang de la Integrative Computational Neuroscience este, de asemenea, un autor al lucrării.

Hărți mentale

O mare parte de lucrări în modele animale și umane au arătat că reprezentările locațiilor fizice sunt stocate în hipocamp, o structură mică în formă de căluț de mare și cortexul entorinal din apropiere. Aceste reprezentări sunt activate atunci când animalul se deplasează printr-un spațiu în care a mai fost, imediat înainte de a-l traversa sau când doarme.

„Majoritatea studiilor anterioare s-au concentrat pe modul în care aceste regiuni reflectă structurile și detaliile mediului atunci când animalul se mișcă fizic prin spațiu”, spune Jazayeri.

„Când un animal se mișcă printr-o cameră, experiențele sale senzoriale sunt bine codificate de activitatea neuronilor din hipocamp și cortexul entorinal.”

În noul studiu, Jazayeri și colegii săi au vrut să exploreze dacă aceste hărți cognitive sunt, de asemenea, construite și apoi utilizate în timpul proceselor pur mentale sau imaginând mișcarea în domenii non-spațiale.

Pentru a explora această posibilitate, cercetătorii au antrenat animalele să folosească un joystick pentru a trasa o cale printr-o serie de imagini („repere”) distanțate la intervale regulate. În timpul antrenamentului, animalelor li sa arătat doar un subset al perechilor de imagini, dar nu toate perechile. Odată ce animalele au învățat cum să navigheze prin perechile de antrenament, cercetătorii au testat dacă animalele au fost capabile să se ocupe de perechi noi pe care nu le-au mai văzut niciodată.

O posibilitate este ca animalele să nu învețe harta cognitivă a secvenței și, în schimb, să rezolve sarcina folosind o strategie de memorare. Dacă da, se așteaptă să aibă dificultăți cu perechi noi. În schimb, dacă animalele se bazează pe o hartă cognitivă, ar trebui să poată generaliza cunoștințele lor la perechi noi.

„Rezultatele au fost clare și lipsite de ambiguitate”, spune Jazayeri. „Animalele au reușit să navigheze mental între perechi noi de imagini de la prima dată când au fost testate. Această descoperire a oferit dovezi comportamentale puternice pentru existența unei hărți cognitive, dar cum creierul creează o astfel de hartă?”.

Pentru a răspunde la această întrebare, cercetătorii au înregistrat de la un singur neuroni din cortexul entorrinal, în timp ce animalele îndeplineau această sarcină.

Răspunsurile neuronale au avut o caracteristică izbitoare: când animalele au folosit un joystick pentru a se deplasa între două repere, neuronii au prezentat vârfuri distincte de activitate asociate cu reprezentarea mentală a reperelor suprapuse.

„Creierul experimentează aceste umflături de activitate la momentul așteptat, când imaginile care se suprapun trec prin fața ochilor animalului, ceea ce nu se întâmplă niciodată”, spune Jazayeri.

„Și momentul dintre aceste denivelări, în mod crucial, a fost exact momentul la care animalul se aștepta să ajungă, care în acest caz a fost de 0,65 secunde.”

Cercetătorii au arătat, de asemenea, că viteza simulării mentale a fost legată de performanța animalelor la sarcină: atunci când acestea au întârziat puțin sau devreme în finalizarea sarcinii, activitatea lor cerebrală a arătat o schimbare similară a timpului.

Cercetătorii au găsit, de asemenea, dovezi că reprezentările mentale din cortexul entorrinal nu codifică caracteristici vizuale specifice ale imaginilor, ci mai degrabă aranjamentul ordinal al caracteristicilor.

Model pentru învățare

Pentru a explora în continuare modul în care funcționează aceste hărți cognitive, cercetătorii au construit un model de calcul care să imite activitatea creierului pe care au găsit-o și să arate cum a fost generată.

Ei au folosit un tip de model cunoscut sub numele de model de atracție persistentă, care a fost dezvoltat inițial pentru a modela modul în care cortexul entorinal urmărește poziția unui animal în timp ce se mișcă, pe baza aportului senzorial.

Cercetătorii au personalizat modelul adăugând o componentă capabilă să învețe tipare de activitate generate de inputul senzorial. Acest model a reușit apoi să învețe să folosească acele modele pentru a reconstrui acele experiențe mai târziu, când nu a existat niciun input senzorial.

„Elementul cheie pe care trebuia să-l adăugăm este că acest sistem are capacitatea de a învăța bidirecțional prin comunicarea cu intrările senzoriale, prin învățarea asociativă prin care trece modelul, va recrea de fapt acele experiențe senzoriale”, spune Jazayeri.

Cercetătorii intenționează acum să studieze ce se întâmplă în creier dacă reperele nu sunt distanțate uniform sau dacă sunt aranjate într-un inel. De asemenea, ei speră să înregistreze activitatea creierului în hipocamp și cortexul entorrinal atunci când animalele învață pentru prima dată să îndeplinească o sarcină de navigare.

„A vedea cum se cristalizează memoria unei structuri în minte și cum aceasta duce la activitatea neuronală care apare, este un mod cu adevărat valoros de a întreba cum se întâmplă învățarea”, spune Jazayeri.

Finanțare: Cercetarea a fost finanțată de Consiliul de Cercetare în Științe Naturale și Inginerie din Canada, Fondurile de Cercetare din Quebec, Institutele Naționale de Sănătate și Premiul Paul și Lily Newton pentru Știința Creierului.

Despre această știre despre cercetarea memoriei

autor: Abby Appazorius
sursă: Institutul de tehnologie din Massachusetts
comunicare: Abby Apazourius – Institutul de Tehnologie din Massachusetts
imagine: Imagine creditată la Neuroscience News

Căutare originală: Acces închis.
„Producția de vectori prin navigație mentală în cortexul entorrinal„De Mehrdad Jazayeri și alții. natură

un rezumat

Producția de vectori prin navigație mentală în cortexul entorrinal

O hartă cognitivă este o reprezentare organizată corespunzător care permite efectuarea de noi calcule folosind experiența anterioară; De exemplu, planificarea unui nou traseu într-un loc familiar. Lucrările asupra mamiferelor au găsit dovezi directe pentru astfel de reprezentări în prezența intrărilor senzoriale externe atât în ​​domeniile spațiale, cât și în cele non-spațiale.

Aici am testat un postulat de bază al teoriei hărților cognitive originale: că hărțile cognitive suportă calcule interne fără aport extern.

Am înregistrat din cortexul entorrinal al maimuțelor o sarcină de navigare mentală care le-a cerut maimuțelor să folosească un joystick pentru a produce vectori unidimensionali între perechi de repere vizuale fără a vedea reperele intermediare.

Capacitatea maimuțelor de a îndeplini sarcina și de a generaliza la perechi noi sugerează că s-au bazat pe o reprezentare organizată a reperelor. Neuronii modulați de sarcini au arătat periodicitate și abruptitate în concordanță cu structura temporală a reperelor și au arătat semnături ale rețelelor de atractori persistente.

Modelul de rețea de atractori continui de integrare a căilor augmentat cu un mecanism de învățare asemănător Hippie a oferit o explicație pentru modul în care sistemul reamintește reperele în interior.

Modelul a făcut, de asemenea, o predicție neașteptată că reperele interne încetinesc tranzitoriu integrarea căii, resetând dinamica și reducând astfel variabilitatea. Această predicție a fost confirmată într-o reanaliza a variabilității ratei de tragere și a comportamentului.

Descoperirile noastre leagă tiparele de activitate organizată în cortexul entorinal de recrutarea endogenă a hărții cognitive în timpul navigației mentale.