Когда вы едете по привычному маршруту на работу или в магазин, ваш мозг использует когнитивные карты, хранящиеся в гиппокампе и энторинальной коре. Эти карты содержат информацию о ранее пройденных путях и местах, помогая вам ориентироваться.
Новое исследование Массачусетского технологического института показало, что такие ментальные карты также создаются и активируются, когда вы просто думаете о последовательностях впечатлений, даже без физического движения или сенсорного ввода. В исследовании на животных выяснилось, что энторинальная кора содержит когнитивную карту впечатлений, которые животные испытывают при использовании джойстика для просмотра последовательности изображений. Эти карты затем активируются, когда животные мысленно возвращаются к этим последовательностям.
Это первое исследование, демонстрирующее клеточную основу ментального моделирования и воображения в непространственной области через активацию когнитивной карты в энторинальной коре.
Мехрдад Джазайери, доцент кафедры мозга и когнитивных наук и старший автор исследования, объясняет:
Эти когнитивные карты используются для ментальной навигации без сенсорных или двигательных сигналов. Мы видим, что животное мысленно переживает эти впечатления.
Суджая Неупане, научный сотрудник Института Макговерна, является ведущим автором статьи, опубликованной в журнале Nature. Соавтором также является Ила Фите, профессор мозговых и когнитивных наук в MIT.
Многочисленные исследования показали, что представления о физических местоположениях хранятся в гиппокампе и энторинальной коре. Эти представления активируются, когда животное проходит через уже знакомое пространство или во сне.
В новом исследовании Джазайери и его коллеги хотели выяснить, строятся ли когнитивные карты и используются ли они при ментальном моделировании в непространственных областях. Для этого они обучили животных использовать джойстик для отслеживания последовательности изображений. После обучения животные проверялись на новых парах изображений.
Одна из возможностей заключалась в том, что животные используют стратегию запоминания. В этом случае они испытывали бы трудности с новыми парами. Если же животные полагаются на когнитивную карту, они могли бы обобщить свои знания на новые пары.
Исследователи записывали данные нейронов энторинальной коры во время выполнения задачи. Нейронные реакции показали, что при перемещении между двумя ориентирами животные демонстрировали всплески активности, связанные с мысленным представлением промежуточных ориентиров.
Исследователи также обнаружили, что скорость мысленного моделирования коррелировала с выполнением задачи: если животные опаздывали или забегали вперёд, их мозговая активность отражала это. Они также показали, что мысленные представления кодируют не визуальные особенности изображений, а их порядковое расположение.
Чтобы понять, как работают когнитивные карты, исследователи создали вычислительную модель активности мозга, используя модель непрерывного аттрактора. Эта модель изначально была разработана для отслеживания положения животного во время движения на основе сенсорного ввода. Исследователи адаптировали её, чтобы она могла учить паттерны активности и использовать их для реконструкции опыта без сенсорной информации.
Теперь исследователи планируют изучить мозговую активность, когда ориентиры расположены неравномерно или в виде кольца. Они также надеются зарегистрировать мозговую активность в гиппокампе и энторинальной коре, когда животные впервые учатся выполнять навигационную задачу.
