Ratten, die in augmented reality helfen zu zeigen, wie das Gehirn bestimmt den Ort

Ratten, die in augmented reality helfen zu zeigen, wie das Gehirn bestimmt den Ort

2019-02-11

Vor dem Zeitalter von GPS, mussten die Menschen sich orientieren können, ohne Pfeile auf dem Bildschirm nach unten zeigt eine genaue Straße, sondern durch Auswendiglernen Sehenswürdigkeiten und mithilfe der erlernten Beziehungen zwischen Zeit, Geschwindigkeit und Entfernung. Sie musste wissen, zum Beispiel, dass 10 Minuten zügiges gehen könnten, belaufen sich auf eine halbe Meile reiste.

Eine neue Johns Hopkins Studie ergab, dass Ratten, die‘ Fähigkeit, Kalibrieren Sie diese gelernt Beziehungen entfaltet sich ständig, von moment zu moment.

Die Ergebnisse, veröffentlicht Feb. 11 in der Natur, bietet Einblicke, wie das Gehirn erstellt eine Karte in seinem Kopf.

„Der hippocampus und der angrenzenden Regionen im Gehirn, die uns helfen herauszufinden, wo wir sind in der Welt,“ sagt Manu Madhav, ein Postdoktorand in der Johns Hopkins Zanvyl Krieger Mind/Brain Institute und einer der Studie der Autoren. „Durch das Studium der impulsmuster von Neuronen in diesen Bereichen, können wir besser verstehen, wie wir mit der Karte unsere Position.“

Erhält das Gehirn zwei Arten von cues, die Hilfe in dieser Zuordnung; die erste ist die externe Sehenswürdigkeiten, wie die rosa Haus am Ende der Straße oder ein verfärbtes floor tile, dass eine person erinnert sich, zum markieren eines bestimmten Standort oder Entfernung.

„Die zweite Art von cue ist von einem sich-selbst-Bewegung durch die Welt, wie mit einem internen Tachometer oder eine Schritt-Zähler“, sagt Ravi Jayakumar, ein Autor auf dem Papier und Ph. D.-Kandidat in der Abteilung Maschinenbau an der Johns Hopkins. „Durch die Berechnung der Entfernung über die Zeit, basierend auf Ihrer Geschwindigkeit oder durch hinzufügen von bis Ihre Schritte, Ihr Gehirn abschätzen können, wie weit Sie gegangen sind, auch wenn Sie nicht haben, Orientierungspunkte zu setzen.“ Dieser Vorgang wird als Pfad-integration.

Aber wenn Sie für 10 Minuten, ist Ihre Einschätzung, wie weit Sie schon gereist, immer das gleiche oder ist es geprägt durch Ihre jüngsten Erfahrungen von der Welt? Um dies zu untersuchen, das Forscherteam untersuchte Ratten laufen Runden auf einer Kreisbahn. Sie projizierten verschiedenen Formen zu handeln, die als Wahrzeichen auf einem planetarium-wie die Kuppel über der Strecke und zog sich die Formen entweder in die gleiche Richtung wie die Ratten oder die entgegengesetzte Weise. Wie in einem computer-Spiel, das Wahrzeichen Geschwindigkeit hing davon ab, wie schnell das Tier läuft in jedem moment der Erstellung einer augmented reality-Umgebung, wo die Ratten wahrgenommen, die sich als laufen schneller oder langsamer als Sie tatsächlich waren.

Während dieser Experimente, die Forschungs-team untersucht die Ratten‘ ‚place cells‘ oder von hippokampalen Neuronen, die feuern, wenn ein Tier besucht einen bestimmten Bereich in einer vertrauten Umgebung. Wenn die Ratte denkt, Sie hat eine Runde und hat wieder an den gleichen Ort, ein Ort, Zelle würde wieder Feuer. Suchen Sie in diesen Neuronen “ feuern Muster, die die Forscher festgestellt, wie schnell die Ratte dachte, es war das laufen durch die Welt.

Wenn die Forscher stoppten die Projektion der Formen, verlassen die Ratten, die nur mit Ihren self motion cues können (z.B. Ihre interne Tacho), um Sie zu führen, den Ort Zell-Feuerung ergab, dass die Ratten weiterhin zu denken, dass Sie waren läuft schneller (oder langsamer) als Sie tatsächlich waren. Die Erfahrung des rotierenden Sehenswürdigkeiten in der augmented-reality-Umgebung, die Forscher sagen, hat zu einer dauerhaften Veränderung in der Tier-Wahrnehmung, wie schnell und wie weit es bewegte sich mit jedem Schritt.

„Es war immer bekannt, dass die Tiere neu zu Kalibrieren Ihre self motion cues während der Entwicklung; zum Beispiel, ein Tier, das die Beine länger werden, wie es wächst, und das wirkt sich auf Ihre Messung, wie weit Ihre Schritte Sie nehmen können“, sagt Madhav. „Aber unserem Labor zeigten, dass die Rekalibrierung geschieht auf einem von minute zu minute-basis auch im Erwachsenenalter. Wir aktualisieren ständig das Modell, wie unsere physischen Bewegungen durch die Welt aktualisieren unsere Position in der internen Karte in unserem Kopf.“

Die Ergebnisse der Studie fügen Sie zusätzliche Hinweise in Richtung, wie Erinnerungen, die von Natur aus geerdet in Raum und Zeit, gebildet werden. „Wir wissen, dass der hippocampus beim Menschen beteiligt ist, nicht nur eine räumliche Zuordnung, sondern es ist auch entscheidend für die Bildung bewusster Erinnerungen an unsere täglichen Erfahrungen im Leben“, sagt James Knierim, ein Neurowissenschaftler an der Johns-Hopkins-wer führte die Studie zusammen mit dem Maschinenbau-Ingenieur Noah Cowan, auch von der Universität. Aufgrund der räumlichen Desorientierung und der Verlust des Gedächtnisses sind eines der ersten Symptome der Alzheimer-Krankheit, die zerstört hippokampalen Neuronen, in seinen frühesten Stadien—diese Befunde können weitere Forschungsarbeiten zu verstehen, die Ursachen und Heilungsmöglichkeiten für Alzheimer und andere neurodegenerative Erkrankungen.

„Als Ingenieur finde ich es besonders spannend, dass unsere interdisziplinäre Ansatz kann verwendet werden, um zu verstehen, einige der komplexesten kognitiven Verarbeitungssysteme im Gehirn“, fügt Cowan.