Полученные данные подтверждают теорию о том, что эти клетки, называемые клетками сетки, используют скорость и направление движения животного, чтобы помочь ему ориентироваться в знакомых местах.
Таким образом, когда вы посреди ночи бредете по своей черной как смоль кухне за стаканом воды, ваше тело знает, сколько шагов нужно сделать и когда повернуться, чтобы добраться до раковины. Ученые считают, что ячейки сетки несут ответственность за построение внутренней карты, похожей на GPS, которая защищает вас от столкновения с холодильником.
Но ячейки сетки могут допускать небольшие ошибки, утверждают исследователи из Стэнфорда, отводя вас к посудомоечной машине вместо раковины, и в этот момент другие близлежащие нейроны, называемые пограничными ячейками, помогают переориентировать ячейки сетки, чтобы правильно отобразить ваше текущее положение.
Как мозг объединяет эти сенсорные данные и данные о движении – один из больших открытых вопросов пространственной навигации. Статья, которая поможет ответить на этот вопрос, будет опубликована 16 апреля в Neuron. Лиза Джокомо, доктор философии, доцент кафедры нейробиологии Стэнфордского университета, является старшим автором; ведущий автор – аспирант Киа Хардкасл. Эта работа была выполнена в тесном сотрудничестве с теоретической лабораторией Сурьи Гангули, доктора философии, доцента прикладной физики в Стэнфорде, который является другим соавтором исследования.
Учимся у нобелевских лауреатов
Десять лет назад сеточные клетки были идентифицированы в энторинальной коре головного мозга норвежскими учеными Мэй-Бритт Мозер, доктором философии, и Эдвардом Мозером, доктором философии, которые были среди лауреатов прошлогодней Нобелевской премии за открытие нейронов, участвующих в самосознании. -расположение и навигация. Они обнаружили отдельные клетки, которые постоянно срабатывали, когда мышь проходила мимо определенных мест как в светлых, так и в темных вольерах.
В каждом из этих мест активировался уникальный набор ячеек сетки, предположительно сигнализирующих клеткам гиппокампа о местонахождении мыши.
«Вы можете думать о них как о неврологической системе долготы и широты», – сказал Джокомо, который работал с Мозерами в докторантуре в Институте системной нейробиологии Кавли / Центре нейронных вычислений Норвежского университета науки и технологий.
Именно там она собрала данные от 11 мышей, каждая из которых была оснащена микроприводом.
Устройство, хирургически имплантированное в мозг мышей, содержало множество микроэлектродов, каждый из которых имел возможность записывать данные с нескольких нейронов, включая ячейки сетки, поэтому исследователи могли контролировать активацию нескольких клеток одновременно. В течение 40-50-минутного сеанса, который каждая мышь проводила, исследуя темное пространство площадью 1 квадратный метр, определенный набор ячеек сетки активировался в ее мозгу, когда она достигала определенного места в вольере.
Но когда Хардкасл, аспирантка в лаборатории Джокомо, проанализировала конкретные пути, по которым мышь проводила долгое время вдали от границы, она обнаружила, что клетки сетки начали срабатывать, когда животное находилось не совсем в том месте, где клетки обычно стреляли. Со временем клетки теряли точность и начинали стрелять, когда мышь находилась на увеличивающемся расстоянии от этого места.
Но встреча со стеной исправила это несоответствие. Giocomo подозревает, что за эту коррекцию ответственны пограничные клетки.
Быстрый уровень ошибок
Скорость, с которой ячейки сетки приобретали ошибки, удивила ее. «В течение двух минут карты начали дрейфовать», – сказала она. "Мы думали, что это займет от 30 до 40 минут."
Однако определенный набор ячеек сетки не сработал бы, когда мышь находилась далеко от места, где эти ячейки должны были сработать.
Это подтверждает теорию о том, что ячейки сетки используют скорость и направление для расчета местоположения животного; ошибки могли закрасться, если мышь неверно оценила свою скорость, или повернулась слишком сильно, или недостаточно. Эти маленькие ошибки будут накапливаться по мере того, как он будет путешествовать, объяснил Хардкасл, и приведут к большим ошибкам.
Исследование «представляет собой важный шаг вперед в понимании того, как пространственные сигналы из внешнего мира влияют на пространственные представления внутри мозга», – сказала нейробиолог Ила Фите, доктор философии из Техасского университета в Остине, которая не принимала участия в исследовании.
Джокомо и ее ученики собрали еще больший набор данных из исследований на мышах в своей Стэнфордской лаборатории и планируют также изучить ячейки сетки на крысах.
Giocomo интересуется тем, как более сложная визуальная информация, а также прикосновение и обоняние используется для исправления ячеек сетки, и для этого им необходимо иметь возможность брать образцы большего количества нейронов. Крысы также имеют то преимущество, что они более любопытны и менее склонны прилипать к стенкам вольера, сказал Хардкасл.