Почему нам не нужен компас, чтобы ориентироваться в городе

Выходя из дома на улицу, мы обычно знаем, куда идем и как именно доберемся до пункта назначения. Но как мы это делаем, вернее, как наш мозг справляется с задачей ориентирования на местности? Эта загадка – передний край науки о мозге, достаточно сказать, что Нобелевская премия по медицине в этом году была вручена Джону О’Кифу, и семейной чете Май-Бритт  и Эдварда Мозеров за открытие клеток мозга, отвечающих за систему позиционирования.  

О’Киф открыл нейроны в гиппокампе, по активации которых можно определить, в какой части лабиринта находится мышь или о какой его части она думает, оставаясь неподвижной. Май-Бритт и Эдвард Мозеры составили карту активации нейронов в гипокампе в зависимости от траектории, по которой мышь движется. 

Профессор психологии Университета Пенсильвании Рассел Эпштейн и сотрудники его лаборатории Стивен Маршетт, Линдси Васс и Джек Райан пошли другим путем. "Нам интересно, как люди ориентируются в пространстве, на какие знаки они полагаются, чтобы делать это изо дня в день", – объясняет Маршетт суть их исследования. Говоря проще, ученые из Пенсильвании решили проследить, что именно происходит в нашей голове, когда мы следуем от одного знакомого нам места к другому. 

Мозг и навигация: три сценария

Эпштейн с коллегами изучили ретроспленальную область головного мозга. Люди, имеющие повреждения этого участка, помнят разные ориентиры, но не способны добраться от одного ориентира до другого. Это подтверждает догадку, что именно ретроспленальная область комплекс отвечает за эпизодическую память и служит ключевым элементом системы ориентирования нашего мозга. 

Ретроспленальная область мозга очень мало изучена. Не имея возможности посмотреть на отдельные нейроны, как это сделали лауреаты Нобелевской премии, исследователи из Университета Пенсильвании воспользовались МРТ. 

Ученые выдвинули три рабочих гипотезы относительно механизма пространственного ориентирования. 

"Глобальная" система. Мозг каким-то образом отслеживает основное направление движения независимо от наличия или отсутствия зрительных ориентиров в пространстве.

"Уникальная" система. Мозг отслеживает и запоминает каждый ориентир отдельно, они независимы друг от друга, мозг помнит местоположение каждого из них, но не всех вместе относительно друг друга. 

"Геометрическая" система. Мозг запоминает ориентиры во взаимосвязи: отдельные объекты в пространстве, и то, как они расположены по отношению друг к другу. 

Прогулка в виртуальном парке

Чтобы определить, какая из трёх описанных выше гипотез истинна, учёные провели эксперимент по пространственному ориентированию. 

Была создана виртуальная местность – парк, в который можно войти только с южной стороны. В нём по принципу клеверного листа были расположены четыре музея.  Каждый из музеев был обращён входом к центру парка, а задней стеной – к одной из четырех сторон света. Визуально здания немного отличались, но имели идентичную планировку и геометрию. В каждом здании были размещены восемь ниш , в которых стояли различные предметы обихода. Они были расставлены таким образом, что люди, поворачиваясь на юг, север, запад или восток, могли видеть только эти объекты, но не видели другие. 

Участники эксперимента должны были изучить местность и запомнить расположение предметов на экране. Через пару дней исследователи просканировали их мозг на МРТ, пока участники эксперимента вспоминали, как предметы были расположены относительно друг друга. Участникам показывали пары объектов, и спрашивали: справа или слева от первого находится второй предмет.  

С помощью МРТ учёные сравнили активизирующиеся области мозга участников, которые были в разных музеях. Результаты доказали, что ретроспленальная область не поддерживает ни "глобальную", ни "уникальную" системы. В первом случае, северную сторону разных музеев должны были "вспоминать" разные нейроны, во втором – разные нейроны должны активизироваться, когда испытуемые вспоминали расположение задних стенок в разных музеях. Но этого не произошло. 

Неподвижные предметы вместо компаса

У участников активизировались одни и те же нейроны, когда они воображали, что смотрят на объекты, которые идентично расположены по отношению к задней стене, неважно в какую сторону света она обращена. Половина участников эксперимента запомнила положение объектов в "восточном" музее, активируя те же нейроны, что и участники, вспоминавшие "западный" музей. Все участники эксперимента, "ориентируясь" в своих воспоминаниях о виртуальном музее, использовали расстановку предметов в помещении, а не стороны света или маршрут своих перемещений по виртуальному парку. 

Все участники создали у себя в голове одинаковый "план местности" для каждого музея, потому что музеи, по замыслу авторов эксперимента, были геометрически идентичными. Исследователи пришли к выводу, что ретроспленальная область играет ключевую роль в выборе направления движения, и работает параллельно с другими областями мозга, которые также помогают нам в навигации. 

Вывод ученых прост. Мозг сам по себе не "запоминает" стороны света или маршрут (такое ориентирование уже требует сознательных усилий с нашей стороны). Мозг сам по себе создает план местности, расставляя на нем предметы относительно друг друга, и с помощью этих привязок помогает нам перемещаться в пространстве.