Исследование, проведенное Эдвардом и Мэй-Бритт Мозер совместно с коллегами из Института нейронаук Кавли, показало, что мозг формирует карту окружающего мира не только на основе реального опыта, но и через механизм «мысленного сканирования» пространства. Эксперименты проводились на лабораторных крысах: специалисты наблюдали за их мозговой активностью во время передвижения. Оказалось, что даже когда крыса движется по прямой, ее мозг не ограничивается узкой траекторией. На нейронном уровне происходит быстрое, ритмическое «сканирование» окружающей среды — электрическая активность мозга словно «прощупывает» пространство справа и слева. Этот процесс напоминает систему эхолокации, которую используют летучие мыши для ориентации в пространстве.
Ранее считалось, что животное формирует карту окружающего мира только по мере физического перемещения по нему. Однако новые данные показывают, что мозг использует более сложную стратегию. По словам ученых, крысы словно освещают окружающее пространство «мысленным фонарем», собирая информацию не только о той местности, по которой они прошли, но и о тех зонах, которые они еще не посетили.
Такое открытие стало возможным благодаря инновационной технологии — электродам NeuroPixels, которые позволяют регистрировать активность тысяч нейронов одновременно. Этот метод дал ученым возможность наблюдать за так называемыми «решетчатыми клетками» и «местными клетками» — нейронами, отвечающими за формирование пространственной памяти и координацию движений. Оказалось, что эти клетки не просто фиксируют текущее положение тела, но и выполняют дополнительную функцию — прогнозируют возможные пути и фиксируют ранее полученный опыт.
Дополнительным доказательством существования этого механизма стало то, что подобные процессы наблюдаются в мозге крыс даже во время сна. В фазе быстрого сна (REM-фаза), когда происходит активная переработка информации, нейроны продолжают воспроизводить эти «мысленные сканирования». Это говорит о том, что данный механизм не зависит от реальных сенсорных стимулов, а является фундаментальной частью работы мозга.
Ученые попытались воспроизвести этот механизм с помощью искусственного интеллекта. Они создали компьютерную модель, которая имитировала работу крысиных нейронов при навигации. Оказалось, что именно стратегия сканирования пространства, аналогичная той, что была выявлена у крыс, является наиболее эффективной для быстрого построения когнитивной карты окружающей среды.
Однако до конца понять, зачем мозгу нужны эти «мысленные скачки» в сторону, ученые пока не могут. Одна из гипотез заключается в том, что этот процесс помогает животному не только ориентироваться, но и вспоминать прошлый опыт, связанный с данным местом. По сути, мозг расширяет поле восприятия, чтобы обнаружить возможные зацепки, которые могут быть полезны для навигации.
Следующий шаг в исследовании — изучить, как этот механизм меняется при столкновении с новыми условиями или неожиданными препятствиями. Возможно, это поможет глубже понять не только принципы работы пространственной памяти, но и процессы, лежащие в основе формирования воспоминаний и принятия решений.
Ранее нейробиологи раскрыли механизм, позволяющий запоминать новую местность. Невероятно, но ключевую роль в этом играет сон.