Предклинья сориентировали мозг

Любое живое существо должно уметь вовремя реагировать на изменения, происходящие в окружающем мире. И если животные, приспособившиеся за миллионы лет эволюции к определенным экологическим нишам, могут положиться на инстинкты, то человеку, вся суть эволюции которого сводится к возможности мыслить и принимать решения в сложных и неоднозначных ситуациях, необходимо иметь осмысленное представление об окружающем мире в любой момент времени. Причем обладать четким представлением об окружающем мире часто бывает необходимо, даже если ключевые объекты находятся вне зоны видимости, будь то путешествия по темному лесу или работа в экстремальных условиях.

На сегодняшний день известно, что если человек ориентируется в уже знакомой ему местности или находится в движении уже достаточно большой промежуток времени, то ориентирование он выстраивает, оценивая пройденный путь и заново восстанавливая в памяти образы и взаимное расположение объектов. Если же он попадает в незнакомую обстановку, то ориентирование в пространстве осуществляется только за счет кратковременной памяти. Именно она каждое мгновение обновляет представления о положении отдельно каждого внешнего объекта – за счет сопоставления данных о перемещении самого человека и непрерывного потока визуальной информации.

Ученые под руководством Томаса Вулберса и его коллег из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Университетского медицинского центра в немецком Гамбурге сумели с помощью функциональной магниторезонансной томографии показать, каким образом человеческий мозг использует визуальные данные для мониторинга изменения координат окружающих объектов. Их работа принята к публикации в Nature Neuroscience.

Чтобы разобраться, как и чем мозг ориентируется в проносящемся мимо него мире, учёным пришлось поставить хитроумный эксперимент, позволивший отделить разные виды информации, получаемой из внешнего мира, друг от друга.

Дело в том, что пополнять и постоянно исправлять данные о своем положении в пространстве человек может массой способов. Он может подсознательно фиксировать повороты собственного тела и количество шагов, ориентироваться по звукам и запахам и так далее. А потому до последнего времени оставалось непонятным, каким образом человеческий мозг непрерывно интегрирует поток зрительной информации с уже накопленными знаниями об окружающем мире и создает суждения о своем местоположении и направлении движения.

Нельзя сказать, что ученые не располагают на сегодняшний день вообще никакой моделью работы пространственной памяти. По современным представлениям, кратковременную память об окружающем хранит в себе особый отдел головного мозга – предклинье его полушарий.

До начала работ были определенные основания полагать, что оно же и занимается её непрерывной подстройкой под текущий момент. Чтобы доказать это, нейрофизиологам необходимо было заставить участников эксперимента постоянно следить за изменением своего положения в пространстве, одновременно ограничив круг их восприятия только визуальной информацией.

Помогли, как можно догадаться, эксперименты в области виртуальной реальности.

Ученые наблюдали за активностью различных участков головного мозга подопытных с помощью функциональной томографии, тогда как подопытные наблюдали за изменением положения в пространстве абстрактных виртуальных объектов в ходе трёх различных экспериментов. Таким образом, ученые сумели не только проконтролировать загруженность головного мозга информацией, но и провести сопоставления экспериментов с движением наблюдатели и без такового.

В ходе экспериментов выяснилось, что

человеческий мозг в движении может на основании одной визуальной информации более или менее точно отслеживать движение лишь трёх-четырех объектов.

Больше ему просто не под силу. Правда, если сам воспринимающий субъект не движется, это число может увеличиться.

Раньше, кстати, учёные уже получали результат, что одновременно в краткосрочной, «оперативной» памяти человек может держать не более трёх-четырёх объектов. Видимо, не зря мусульманину нельзя иметь большее количество жён: при этом он хоть об одной забудет и не будет заботиться, а это уже грех.

Что же касается ответственных за осознание движения в пространстве участков мозга, то учёным удалось заметить активацию предклинья полушарий головного мозга, а также верхней предцентральной извилины. Судя по всему, именно они задействованы в механизме обновления пространственной информации. Второй и третий эксперименты также показали, что возбуждение предцентральной извилины не связано ни с движением глаз, ни со стремлением выразить местоположение объекта вербально – своего рода посторонним сигналом, который в случае экспериментов над человеком постоянно приходится контролировать.

Это означает, что задача постоянного обновления пространственной информации связана с взаимодействием двух процессов. В предклинье полушарий отслеживается собственное перемещение и на основании этого обновляются представления об окружающем мире. Одновременно в верхней предцентральной извилине не останавливается процесс планирования собственных телодвижений в краткосрочной перспективе.

Впрочем, такой механизм навигации в пространстве включается только тогда, когда человек впервые находится в незнакомой обстановке.

В этом случае ему приходится полагаться только эгоцентричное восприятие окружающей действительности, когда информация о взаимном расположении человека и каждого внешнего объекта постоянно обновляется. Эти данные позволят в будущем построить стройную и исчерпывающую теорию, описывающую пространственную память и навигацию, осуществляемую головным мозгом человека.