Что отвечает за ориентацию в пространстве
Что отвечает за ориентацию в пространстве
ОРИЕНТАЦИЯ ЧЕЛОВЕКА В КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ
Психофизиологические механизмы пространственной ориентировки
Под пространственной ориентировкой в условиях нашей планет можно понимать способность человека и животных оценивать свое положение относительно направления силы тяжести и относительно различных окружающих объектов. Оба компонента такой ориентировки функционально тесно связаны друг с другом. Однако, как справедливо указывает Г. Л. Комендантов, их взаимоотношения не однозначны. Если первый компонент в ряде случаев может существовать изолированно от второго, то второй компонент всегда зиждется на базе первого. Соответственно этим двум компонентам пространственной ориентировки можно в какой-то мере выделить и психофизиологические механизмы, осуществляющие каждый свою функцию. В свете данных физиологии и психология способность человек к восприятию положения собственного тела относительно плоскости Земли и к восприятию расположения объектов внешнего мира по отношению друг к другу и к самому субъекту не обуславливается специфической деятельностью какого-либо одного анализатора, а зависит от всех анализаторов, включающих как экстерорецепторы, так и интерорецепторы. Отражение пространственного положения тела относительно плоскости Земли (первый компонент пространственной ориентировки) в каждый момент обеспечивается при помощи зрительного (оптического), стато-кинетическото (вестибулярного), проприоцептивного (мышечно-суставная чувствительность), кожно-механического и интерорецептивного анализаторов. Адекватными раздражителями для соответствующих рецепторов являются: световая энергия — для оптического и механическая — для остальных.
Рис. 6 Схема вестибулярного аппарата. 1, 2, 3 — полукружные каналы <вертикальный, фронтальный, горизонтальный>; 4 — отолиты; 5 — вестибулярный нерв; 6 — чувствительные волоски.
Вестибулярный синдром
Вестибулярные нарушения могут быть вызваны определенными заболеваниями, лекарствами или проблемами во внутреннем ухе или мозге. Многие люди испытывают нарушения чувства равновесия по мере старения организма. Вестибулярные нарушения и головокружения также могут возникнуть в результате приема некоторых лекарственных препаратов.
Чувство равновесия, в первую очередь, управляется лабиринтом, структурой во внутреннем ухе. Одна часть лабиринта состоит из полукружных каналов и отолитовых рецепторов отвечающих за баланс тела. С другой стороны находится улиткообразный орган, отвечающий за слух. Части внутреннего уха, связанного с балансом, называются вестибулярным аппаратом. Вестибулярный аппарат работает совместно другими сенсомоторными системами в организме, такими, как зрительная система и опорно-двигательная система, что позволяет обеспечивать контроль и поддержание положения тела в состоянии покоя или в движении. Это также помогает поддерживать направленность на определенный объект, даже если позиция тела меняется. Вестибулярная система делает это с помощью регистрации механических сил, включая гравитацию, которая действует на вестибулярные органы при движении. Две части лабиринта помогают решить эти задачи: полукружные каналы и отолитовый аппарат.
Полукружные каналы это три заполненные жидкостью петли, расположенные примерно под прямым углом друг к другу. Они сообщают мозгу, когда голова совершает движения, например, когда человек кивает головой вверх и вниз или поворачивает голову направо или налево. Зрительная система работает совместно с вестибулярной системой, что обеспечивает зрительные образы от размывания, когда голова двигается, например, при ходьбе или при поездке в автомобиле. Сенсорные рецепторы (проприорецепторы) в суставах и мышцах также помогают сохранить равновесие, при стоянии на месте или ходьбе. Мозг получает, интерпретирует и обрабатывает информацию из этих систем и таким образом управляет балансом тела.
Вестибулярные структуры внутреннего уха состоят из преддверия (овальный и круглый мешочки) и трех полукружных каналов. Эти структуры работают по принципу уровня, применяемого плотниками. Существует ряд заболеваний структур внутреннего уха, которые приводят к нарушению работы этих структур или же мозг получает недостоверную информацию от рецепторов этих структур. Эти заболевания включают синдром Меньера, лабиринтит, доброкачественное пароксизмальное позиционное головокружение, инфекции среднего уха, опухоли или травмы.
Наиболее частые причины вестибулярного синдрома.
Доброкачественное позиционное головокружение считается наиболее распространенным видом вестибулярного синдрома и головокружения синдрома.
Доброкачественное пароксизмальное позиционное головокружение или позиционное головокружение представляет собой краткий, интенсивный эпизод головокружения, которое возникает из-за специфического изменения положения головы. При наличии такого ПГ головокружение может возникнуть при подъеме головы вверх или повороте головы. Эпизод такого головокружения может возникнуть даже при повороте в постели. Считается что причиной этого вида головокружения является нарушение в структуре рецепторов полукружных рецепторов которые посылают в мозг недостоверную информацию о положении головы что и является причиной симптоматики. Причиной доброкачественного пароксизмального позиционного головокружения (ДППГ) могут быть перенесенные травмы головы, невриты, возрастные изменения. Расстройства, как полагают, связаны с аномалией во взаимодействия фотокопия с купулой внутри перепончатого лабиринта, в результате ненормальных ответов на движение эндолимфы при движении головы.
Инфаркт лабиринта приводит к внезапной значительной потере слуховой и вестибулярной функций, и обычно возникает у пожилых пациентов. Такое состояние иногда встречается у более молодых пациентов с атеросклеротическими сосудистыми заболеваниями или с наличием явлений гиперкоагуляции. Эпизодические головокружения могут быть предвестниками полной окклюзии и протекать по типу транзиторной ишемической атаки. После полной окклюзии, интенсивность головокружения постепенно идет на спад, но может сохраняться определенная неустойчивость при движении, в течение нескольких месяцев пока не произойдет вестибулярная компенсация.
Вестибулярный нейронит. Повреждение нерва связывают с вирусной инфекций (вирусом герпеса). Заболевание, как правило, встречается в осенне-весенний период во время пика ОРЗ. При вестибулярном нейроните эпизоды головокружения возникают без потери слуха, могут сопровождаться тошнотой и рвотой. Длительность эпизода может варьировать от нескольких дней до нескольких недель, с постепенным регрессом симптомов. Вестибулярный нейронит может сопровождаться приступами доброкачественного позиционного головокружения.
Лабиринтит
Лабиринтит обусловлен воспалительным процессом внутри перепончатого лабиринта, который может быть обусловлен бактериальной или вирусной инфекцией. Вирусные инфекции лабиринта вызывают симптомы головокружения, похожие на вестибулярный неврит, но в сочетании с кохлеарными нарушениями. Такие инфекции, как корь, краснуха, цитомегаловирус, как правило, не вызывают вестибулярные нарушения. Бактериальный лабиринтит может быть как с поражением самого перепончатого лабиринта, так и в серозной форме. Серозная форма лабиринтита часто наблюдается при остром среднем отите, когда бактериальные токсины диффузно попадают в лабиринт.
Болезнь Меньера
Мигрень
Нередко приступы мигрени могут быть похожи на приступы болезни Меньера. Но при мигрени потеря слуха встречается реже, чем в головокружение, шум в ушах, светобоязнь, и фонофобия. Но, тем не менее, при мигрени может быть определенная нейросенсорная тугоухость на низкочастотные звуковые колебания. Поэтому, иногда дифференциальный диагноз между этими заболеваниями иногда представляет трудности. Рассеянный склероз также представляет собой диагностическую сложность для дифференциальной диагностики с мигренью. В 5% случаев рассеянный склероз может дебютировать с изнурительных головокружений, а у 50% пациентов с рассеянным склерозом эпизоды головокружений встречаются в определенные периоды заболевания. Тем более что у одного из десяти пациентов с рассеянным склерозом может быть потеря слуха, которая может быть частичной или полной, что делает схожей симптоматику с болезнью Меньера или мигренью.
Болезнь «выгрузки»
Приступы головокружения возникают после высадки и человек продолжает ощущать движения покачивания, которое сохраняется после возвращения к стабильной окружающей среде после длительного воздействия движения (например, после поездки в поезде автомобиле на лодке).
Другие причины вестибулярного синдрома. Повреждение вестибулярного анализатора может быть обусловлено травмой головы, «хлыстовой травмой «, невриномой слухового нерва, интоксикацией лекарствами состоянием после оперативного вмешательства на ухе, заболевания опорно-двигательного аппарата (с нарушением проприорецепции) заболевания центральной нервной системы.
Симптомы
При нарушении работы вестибулярного анализатора возникает ощущение вращения. Человек может шататься, при попытке ходить или падать, при попытке встать. Основными симптомами вестибулярного синдрома являются:
Другими симптомами являются тошнота, рвота, диарея, изменения частоты сердечных сокращений кровяного давления, страх, тревога или паника. Некоторые пациенты могут испытывать усталость, депрессию, невозможность концентрации внимания. Симптомы могут появляться и исчезать в течение короткого периода времени или иметь длительные промежутки между приступами.
Диагностика
Диагностика вестибулярных нарушений достаточно сложная, так как причин нарушений вестибулярной функций много, как заболеваний, так и лекарств вызывающих головокружения. Тем не менее, в первую очередь необходимо пройти консультацию ЛОР – врача. После изучения истории болезни, подробного изучения симптомов врач проведет осмотр уха и назначит необходимый план обследования. План обследования может включать как лабораторные исследования или специальные тесты (аудиометрию, электронистагмографию), так и методы нейровизуализации, такие как МРТ и КТ. Кроме того, в последние годы получили распространение такие методы исследований как: компьютерно-динамический визуальный тест, тестирование вестибулярной авторотации, ВВП (вестибуло-вызванные потенциалы).
Наиболее простыми и доступными тестами являются такие тесты как энергические суть, которых заключается в холодовом или тепловом воздействием на среднее ухо, что проще всего проводить с использованием воды разной температуры. Разница в нистагме более 25 %,возникающем при воздействие температурного фактора, как правило, свидетельствуют о наличии периферической или центральной дисфункции вестибулярного аппарата.
Лечение
Лечение вестибулярного синдрома зависит, прежде всего, от генеза этого синдрома. Прежде всего, необходимо исключить повреждения вестибулярного анализатора центрального генеза (заболевания головного мозга, травмы). Лечение будет зависеть от патогенеза вестибулярных нарушений.
В некоторых случаях при вестибулярных нарушениях необходимо воздействовать на факторы повседневной деятельности, такие как поездки, в автомобиле или лифте что позволит уменьшить риск травм. При наличии ДППГ врач может назначить выполнение ряда простых движений, как например маневр Эпли, что позволяет высвободить отоконии в полукружных каналах. При болезни Меньера, врач может рекомендовать изменения в рационе, такие как сокращение использования соли в пищу и ограничение алкоголя и кофеина. Избавление от такой привычки, как курение, также может оказать положительный эффект. Возможно введение такого антибиотика в небольших дозах (гентамицина) или стероида за барабанную перепонку. В тяжелых случаях болезни Меньера возможно хирургическое лечение. Медикаментозное лечение вестибулярных нарушений включает применение препаратов из группы антихолинергических, антигистаминных препаратов, группы бензодиазепинов. Используются также симптоматические препараты, например церукал. Для лечения головокружения в последнее время применятся такой препарат, как бетасерк.
При наличии воспалительных процессов в среднем ухе необходимо применение противоспалительного лечения или антибиотиков.
При наличии стойких вестибулярных нарушений необходимо принять ряд мер для уменьшения риска падения, например использование перил при подъеме по лестнице, ношение обуви на низком каблуке, оборудование поручней в ванной, исключение вождения автомобиля и т.д.
GPS в нашем мозге: Нобелевская премия по физиологии или медицине 2014
GPS в нашем мозге: Нобелевская премия по физиологии или медицине 2014
Клетки «навигационной системы» мозга, за открытие которых вручена Нобелевская премия, сравнивают с системой глобального позиционирования GPS
Автор
Редакторы
Каким образом мы определяем свое положение в пространстве? Как мы ежедневно находим дорогу с работы домой даже тогда, когда заходим по пути в магазин? Способность ориентироваться в пространстве — одна из жизненно важных функций мозга всех животных, однако долгое время ученые не могли сойтись во мнении, как мозгу это удается. В 2014 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине получили исследователи «навигационной системы» мозга.
Иммануил Кант в «Критике чистого разума» предположил, что некоторые возможности головного мозга обеспечиваются его врожденными качествами, в том числе, возможность ориентироваться в пространстве и времени. Однако почти до 1980-х годов ученые-нейрофизиологи не соглашались с немецким мыслителем, предполагая, что навигация животных в пространстве обеспечивается последовательностью из восприятия ими сенсорных стимулов и ответной двигательной реакции. Работы Джона О’Кифа (John O’Keefe), Мэй-Бритт Мозер (May-Britt Moser) и Эдварда Мозера (Edvard Moser) помогли подтвердить предположение Канта и описать врожденную систему ориентации в пространстве. За свои исследования ученые удостоились Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2014 «за открытие клеток системы позиционирования мозга» — половину премии присудили О’Кифу, а половину — супругам Мозер.
Первым ученым, поддержавшим идею существования в мозге своеобразной «карты местности», был Эдвард Толмэн (Edward Tolman), изучавший обучение крыс навигации. В 1948 году он предположил, что после изучения окружающего пространства в головном мозге животного формируется когнитивная карта, которая помогает в дальнейшем выбирать оптимальный маршрут [1]. В то время мало кто из коллег его поддержал; сильными позициями обладало представление бихевиористов: выбор пути осуществляется за счет последовательных двигательных реакций в ответ на внешние стимулы. Только через десть лет был разработан метод, позволивший проверить гипотезу Толмэна экспериментально — вживление в мозг животных электродов для длительной записи активности нейронов.
Обнаружение «клеток места»
Джон О’Киф начал работать в Университетском колледже Лондона в конце 1960-х, после окончания аспирантуры в Университере МакГилла в Канаде. Он использовал тогда еще новую методику вживленных электродов для записи активности нейронов в области гиппокампа крыс, где и обнаружил первый элемент «GPS-системы мозга» — «клетки места» (place cells, на русском также «пространственные клетки») [2]. Хотя О’Киф был не первым, кто осуществил запись нейронов гиппокампа, он впервые стал делать записи при нормальной активности животных, в то время как другие исследователи использовали ограниченный набор поведенческих тестов. Когда О’Киф позволил животным свободно передвигаться по клетке, он заметил, что некоторые нейроны ведут себя очень неожиданно. Каждый из группы этих нейронов активировался только тогда, когда животное находилось в определенном участке клетки, которое было названо «полем» этого нейрона. Ученый изучил эти удивительные нейроны — «клетки места» — подробнее и выяснил, что их реакция никак не связана с сенсорными сигналами, а совокупность многих «клеток места» создает полную карту окружающего пространства (рис. 1).
Рисунок 1. «Клетки места». Справа: схематическое изображение мозга крысы; оранжевым отмечен гиппокамп, в котором находятся «клетки места». Слева: клетка, по которой крыса может свободно передвигаться; линии показывают пути движения животного. Когда крыса находится в точках, отмеченных оранжевым, определенная «клетка места» активируется.
Первые публикации и выступления О’Кифа с рассказом об удивительных «клетках места» и ментальной карте пространства вызывали скептическую реакцию его коллег. Но за первыми экспериментами последовали новые подтверждения, и к началу 1990-х представление о существовании в мозге особой системы навигации уже вошло в учебники. В середине 2000-х изучение этой системы получило свое развитие в работах супругов Мозер.
Открытие «клеток координатной оси»
После завершения аспирантуры в родной Норвегии Мэй-Бритт и Эдвард Мозер около года провели, работая заграницей — сначала в Эдинбурге, в лаборатории Ричарда Морриса, а потом в Лондоне, в лаборатории Джона О’Кифа. В лаборатории О’Кифа они заинтересовались изучением работы «клеток места» и роли гиппокампа в пространственном ориентировании. После своего возвращения в Норвегию в 1996 году они приступили к новым экспериментам, чтобы выяснить, участвуют ли еще какие-либо зоны мозга в работе ментальной карты. При этом они усовершенствовали экспериментальную установку О’Кифа, дав крысе возможность передвигаться на достаточно большие расстояния (несколько метров, тогда как у О’Кифа это были 10–15 сантиметров). Благодаря наличию такого большого поля и записи активности нейронов в новых областях в 2005 году супругам Мозер удалось обнаружить новый компонент системы ориентации — «клетки координатной сетки» (grid cells) в энторинальной коре (участке мозга рядом с гиппокампом) (рис. 2) [3].
Рисунок 2. «Клетки координатной сетки». Справа: схематическое изображение мозга крысы; голубым отмечена энторинальная кора, в которой находятся «клетки координатной сетки». Слева: клетка, по которой крыса может свободно передвигаться. Линии показывают пути движения животного; когда крыса находится в точках, отмеченных голубым, определенная «клетка координатной сетки» активируется. В совокупности эти точки образуют гексагональную сетку.
Поведение «клеток координатной сетки» оказалось еще более удивительным, чем поведение «клеток места». Отдельные нейроны, описанные супругами Мозер, активировались, когда крыса находилась в нескольких точках поля. При этом вместе эти точки поля образовывали шестиугольник, а в совокупности с точками активности других нейронов — целую гексагональную сеть, отчего эти нейроны и получили свое название. Такая сеть, покрывающая все окружающее пространство, помогает мозгу определять расстояния, а не только положение животного в пространстве.
Другие элементы «GPS-системы мозга»
Исследования О’Кифа и Мозер вызвали большой интерес у нейрофизиологов и побудили многих ученых обратиться к этой теме. Постепенно были открыты и другие элементы этой внутренней системы ориентации — «клетки направления» (head direction cells), расположенные в основании гиппокампа (субикулуме), и «краевые клетки» (border cells), расположенные в гиппокампе и близлежащих областях мозга (гиппокампальной формации). «Клетки направления» работают как компас, определяя, в какую сторону направлена голова животного. «Краевые клетки» помогают «отметить на карте» расположение стен, ограничивающих территорию. Кроме того, были обнаружены клетки со смешанной активностью (рис. 3).
Рисунок 3. Разные клетки системы навигации: «клетки места» в гиппокампе (а), «клетки направления» в субикулуме (б), «клетки координатной сетки» в энторинальной коре (в).
За последние годы исследователи узнали много нового о том, как работает ориентационная система головного мозга, и теперь могут гораздо подробнее объяснить, как животные создают ментальную карту окружающей местности. Еще одним подтверждением того, что Кант был прав в своих рассуждениях о восприятии человеком пространства, служит недавнее открытие врожденности пространственной системы мозга. В 2010 году две команды исследователей независимо друг от друга обнаружили, что у маленьких крысят, впервые в жизни отправившихся на прогулку, уже есть нормально работающие «клетки места» и «клетки направления», и только «клетки координатной сетки» появляются немного позже. Получается, что основные компоненты системы пространственного восприятия формируются у млекопитающих еще до приобретения ими какого-либо опыта навигации [4].
Впервые системы ориентации была обнаружена у крыс; позже она была описана у мышей и других млекопитающих, в том числе летучих мышей и обезьян. Причем оказалось, что работа этих клеток может немного изменяться в зависимости от особенностей поведения животных. У летучих мышей, которые активно передвигаются в трехмерном пространстве (тогда как мыши и крысы в двумерном), «поля» клеток места представляют собой не плоские зоны, а трехмерные области пространства [5].
Рисунок 4. Разные типы нейронов, расположенные в гиппокампе и энторинальной коре, образуют общую систему навигации в головном мозге. Исследования показывают, что навигационная система в головном мозге крысы и человека устроена по общему принципу.
В экспериментах, проведенных при лечении пациентов с эпилепсией, в соответствующих зонах головного мозга были обнаружены нейроны, похожие на «клетки места» и «клетки координатной сетки». Подтверждают это и эксперименты с применением фМРТ. Имеющиеся на данный момент данные позволяют предположить, что система ориентации является консервативной системой головного мозга всех позвоночных животных.
Новая ступень в изучении мозга и нейрокомпьютеры
Открытия О’Кифа и супругов Мозер несомненно являются одними из самых значимых в нейробиологии последний десятилетий. Благородя их исследованиям ученые познакомились с совершенно новым типом работы нейронов, при котором клетки образуют многокомпонентную сеть, позволяющую осуществлять сложные когнитивные процессы.
Кроме фундаментального значения, изучение ориентационной системы мозга играет важную роль и для клинической практики. Некоторые заболевания нервной системы, например, болезнь Альцгеймера, сопровождаются нарушением пространственного ориентирования и пространственной памяти.
Изучение работы сложных нейронных структур имеет важное значение для активно развивающейся области нейрокомпьютеров и робототехники, позволяя использовать элегантные природные решения в качестве технологических находок.
Написано с использованием материалов Нобелевского комитета.
Нейрофизиология ориентации в пространстве
Ориентация в пространстве является довольно сложным процессом, проходящем в определённых отделах мозга, генерирующих и обрабатывающих при этом множество импульсов от разных нервных клеток. У отдельных людей скорость обработки такой информации, как и её качество, также различаются. Несмотря на то, что сама физиология обработки данных о местоположении у всех в принципе одинакова, большую роль играет также наследственность, количество определённых нейронов, эффективность работы тех частей мозга, в которых хранятся сведения об ориентирах и ментальные карты местности, а также от тренированности, так как часть нейронов, отвечающих за ориентацию в пространстве начинают работать только по мере накопления опыта.
Большой вклад в изучение этого механизма внесли норвежцы Эдвард Мозер и Май-Бритт Мозер, получившие Нобелевскую премию в 2014 году по физиологии и медицине. Практические исследования они проводили на крысах, изучали также и малые народы, у представителей которых традиционно внутренняя система навигации работает лучше, чем у людей, живущих современным укладом жизни. Механизм ориентирования довольно интересен и сложен, я позволил себе в некоторой мере перенести его и на туризм/альпинизм/спелеологию, соотнося данные. Сам принцип работы мозга для определения местоположения в пространстве у нас с крысами практически одинаков.
В нашем мозгу существует своеобразный архив с картами. Конечно, эти карты не являются топографическими. Это ментальные карты, своеобразные отпечатки местности. У человека они, в первую очередь, откладываются за счёт визуальных образов, но, тем не менее, мозг старается собирать любую другую информацию, которая поможет впоследствии сориентироваться – запахи, звуки, осязательные впечатления и прочее подобное. При этом ориентиров может быть не очень много, но они должны быть как можно более чёткими. Таким образом формируется ментальная карта местности, пользование которой происходит инстинктивно и комплексно. У людей, который имеют дело на местности с картами, схемами, кроки – ментальная карта, по мере опыта, дополняется уже этими элементами, так как содержит чёткие указания, где искать ориентир.
Архив с ментальными картами для ориентации в пространстве находится в гиппокампе, парной структуре, расположенной в височных отделах полушарий мозга. В числе прочего, гиппокамп как раз и отвечает за пространственное мышление, обрабатывая поступающую в него информацию, связанную с положением в пространстве или на местности. При этом в нём хранятся не только ментальные карты местности, но и информация о том, что происходило в определённых их точках.
Механизм, который закладывает ментальное описание к точкам, вероятнее всего, был сформирован как необходимый инструмент самосохранения. Все потенциально опасные, исходя из полученного опыта, элементы местности, будут чётко зафиксированы (в случае, если механизм формирования сигналов и гиппокамп работают исправно) и при приближении к такому месту формируют сигнал тревоги. Закладывается не только описание опасных точек, но и наоборот, такие точки, которые вызвали определённые эмоции и ассоциации. Хорошая стоянка, место для удачной охоты и рыбалки, место, где нашёл что-то интересное и тому подобное. Воспоминание об эмоциях или сигнал тревоги возникают немедленно после определения местоположения, при условии, если такие воспоминания были записаны.
На самом деле механизм работает ещё сложнее. Для того, чтобы организм быстрее обучался, в гиппокампе включается система аналогий. Т.е., происходит подсознательное сравнение того, что видишь, с теми эмоциями и тревогами, которые каким-то образом связаны с похожей местностью, ориентирами или другими элементами ментальной карты – звуками, запахами и их сочетанием. Грохот лавины или камнепада, опасный участок на скале или леднике, треск льда на реке и тому подобное. Такое самообучение также связано с механизмом самосохранения организма.
Сигналы, формирующие представление об ориентации в пространстве, которые обрабатывает и переносит на ментальную карту гиппокамп, формирует примыкающая сверху к гиппокампу энторинальная кора, в которой и находятся те нейроны, которые отвечают за навигацию. В самом же гиппокампе находится только нейрон местоположения. Он активизируется только при нахождении хозяина в том месте, которое отмечено на ментальной карте одной точкой. Т.е., в этом случае не происходит расчётов и анализа поступающей информации, которая нужна для ориентирования – человек абсолютно точно знает, где он находиться, так как существует абсолютный ориентир для этого. Палатка в лагере, место работы, жилище и тому подобное. Ориентир при этом имеет чётко осознанное положение в окружающем пространстве, так, например, мы знаем, какое положение палатка занимает в долине реки, и знаем основные направления и элементы рельефа, которые её окружают – в определённых пределах, конечно.
В энторинальной коре находится три типа нейронов, отвечающих за навигацию. Они, в свою очередь, являются физиологической основой ориентации в пространстве. Все расчёты по ним происходят в энторинальной коре и передаются в гиппокамп, который переносит полученную информацию на ментальную карту.
Решётчатые нервные клетки, один из типов нейронов, отвечающий за ориентацию, посылают сигналы в гиппокамп из разных точек пространства, которые они воспринимают как ориентиры. При условии нескольких ориентиров задействуются разные группы решётчатых нейронов, создавая вместе что-то типа аналога координатной сетки. При этом в мозгу начинает работать на основе этих ориентиров система восприятия расстояния. Т.е., осуществляется расчёт расстояния между ориентирами и от ориентиров до человека (животного). Расстояние не считается в километрах или часах передвижения, восприятие носит исключительно интуитивный характер и может переводиться в километраж только при условии, если в гиппокампе ментальная карта местности носит элементы хорошо запомнившейся топографической карты и/или когда-либо человеком происходило измерение расстояния на этом участке местности. При этом относительно чётко известного расстояния между одними объектами достаточно для того, чтобы мозг начал считать на этой основе примерное расстояние к другим объектам, просто соотнося их на основе субъективных впечатлений.
Подсчёт шагов во время движения, практикуемый некоторыми туристами старой закалки, позволяет создать более чёткую ментальную карту. Мозг при этом подсознательно часть расстояния до объектов, особенно небольших, начинает оценивать и в шагах, формируя подробную ментальную карту. Та же самая картина происходит, когда мы на скале или в пещере провешиваем перила. Впоследствии мозг начинает расценивать расстояния на аналогичном рельефе длинами верёвки. Т.е, мозг быстро начинает воспринимать расстояние исходя из способа перемещения и его характера. Количество шагов, верёвок, ходок, дней передвижения и тому подобное.
Другой тип нейронов, граничные клетки, активизируются в энторинальной коре при приближении к стенам или пропастям – т.е., к препятствиям. При этом, в той или иной мере активация происходит до касания препятствия – это носит в том числе и элемент самозащиты организма. Также подобные препятствия заносятся в ментальную карту, что позволяет попробовать лучше передвигаться в условиях недостаточной видимости. В своей собственной квартире, где выключен свет и абсолютно темно, мы можем передвигаться довольно свободно – это результат работы как граничных, так и решётчатых нервных клеток, которые составляют наиподробнейшую ментальную карту.
Оба этих вида нейронов, и решётчатые, и граничные, постоянно взаимодействуют с нейронами положения головы. Эти нейроны позволяют проецировать ментальную карту на местность куда более точно, здесь даже можно провести некоторую условную аналогию с компасом. Например, находясь в здании, многие люди легко показывают направление в сторону какого-либо здания или объекта на улице, не видимого в окно и находящегося в удалении. Т.е., в этом случае используется не зрение, а ментальная карта, которая показывает направление на объект. В аналогичном случае многие люди в лесу (а животные тем более), довольно легко находят обратное направление. Также и при восхождении на вершину мы почти в любой момент представляем, какое положение мы занимаем относительно долины и других вершин, при этом независимо от того, как мы перемещаемся по отношению к своей. Опытный спелеолог, даже в условиях скудного освещения, болтаясь на верёвке, интуитивно представляет расположение ходов, уступов и залов, если он их уже видел до этого (представляет достаточно хорошо, чтобы знать примерное, или даже точное, направление к ним). Вероятно, что момент потери ориентации, когда человек начинает блудить в незнакомом месте (пошёл с дороги в лес за грибами, например), наступает тогда, когда происходит сбой в работе нейронов направления. Если в этот момент решётчатые клетки не активизируются при наличии знакомых ориентиров, то сгиппокамп не может определить местоположение по своей ментальной карте.
Сбой ориентации в знакомом месте вызван обычно реакцией нейронов решётчатых клеток, когда либо полностью пропадают или скрываются от восприятия ориентиры, уже запечатлённые на ментальной карте, либо они просто замещаются другими.
Кроме определения местоположения и проецирования его на ментальную карту, гиппокамп фильтрует и пересчитывает противоречивые навигационные данные, поступающие из энторинальной коры, выбирая из них наиболее вероятные.
Механизм активизации нейронов, отвечающих за ориентацию в пространстве, применительно к людям изучен плохо, как и пока не известна его эффективность. Например, крыса способна найти путь к своей норе в абсолютной темноте, при условии, если видела этот путь, хотя бы один раз. Насколько такое возможно у людей? Представители малых народов могут длительное время перемещаться по однообразной, не имеющей ориентиров, местности, если проходили по ней с кем-нибудь до этого. При этом, в наше время молодые люди таких народов утрачивают эту способность, полагаясь во время передвижения больше на GPS-навигатор. А в пещерах, если у спелеолога гаснет свет, сохранившаяся ментальная карта практически не позволяет перемещаться в подземном пространстве – т.е., так же существует определённая зависимость от привычной, сформированной эволюцией, среды обитания.
Если рассматривать крыс, то у них граничные нейроны начинают функционировать с самого рождения, а решётчатые включаются только по мере накопления опыта. Т.е., несмотря на то, что фактор наследственности тоже играет свою роль, у людей, даже если предки обладали отличной внутренней навигационной системой, потомки могут её не иметь, так как решётчатым нейронам просто нет необходимости задействовать свой потенциал или же этому не способствуют условия – постоянное пользование GPS-навигатором тому пример.
Также ментальная карта достаточно чётко может быть привязана к определённому виду местности, в том случае, если чёткие ориентиры отсутствуют. Можно несколько раз без проблем ходить летом по одному и тому же маршруту, но заблудиться на нем же зимой – т.е., могут быть покрыты снегом и невидимы ориентиры, присущие только тёплому времени года. Аналогично могут быть закрыты листвой деревьев те ориентиры, которые были отмечены на ментальной карте в зимнее время года.
Ментальные карты имеют свойство затираться со временем, если ими не пользуются. В конце концов, на ней остаются только грубые и чёткие ориентиры. Сложно сказать, дольше ли хранятся ментальные карты у человека, по сравнению с животными, так как продолжительность жизни у них сильно отличается.
В целом, функционирование гиппокампа не только человека, но и животных, на сегодняшний день пока остаётся плохо изученным. Эдвард Мозер и Май-Бритт Мозер проделали колоссальную и долгую работу, но до полного понимания действия механизмов памяти работать учёным предстоит ещё долго.