Интеграция путей

Интеграция путей — это метод, который, как полагают, используется животными для точного расчета .

История

Чарльз Дарвин впервые постулировал инерциальную систему навигации у животных в 1873 году. ^[1] Исследования, начавшиеся в середине 20-го века, подтвердили, что животные могут вернуться прямо в исходную точку, например в гнездо, при отсутствии зрения и совершив окольный путь наружу. Это показывает, что они могут использовать подсказки для отслеживания расстояния и направления, чтобы оценить свое положение и, следовательно, то, как добраться домой. Этот процесс был назван интеграцией пути , чтобы отразить концепцию непрерывной интеграции сигналов движения на протяжении всего путешествия. Манипулирование инерционными сигналами подтвердило, что по крайней мере один из этих двигательных (или идиотетических ) сигналов является информацией от вестибулярных органов , которые обнаруживают движение в трех измерениях . Другие сигналы, вероятно, включают проприоцепцию (информацию от мышц и суставов о положении конечностей), двигательные эффекты (информация от двигательной системы, сообщающая остальной части мозга, какие движения были заданы и выполнены) и зрительный поток (информация от зрительной системы, сигнализирующая о том, насколько быстро визуальный мир движется мимо глаз). Вместе эти источники информации могут сказать животному, в каком направлении оно движется, с какой скоростью и как долго. Кроме того, чувствительность к Магнитное поле Земли для подземных животных (например, слепыша ) может дать путь интеграции. ^[2]

Механизм

Исследования на членистоногих , особенно на муравье пустыни Сахара ( Cataglyphis bicolor ), выявили существование высокоэффективных механизмов интеграции путей, которые зависят от определения направленного курса (с помощью поляризованного света или положения солнца) и расчета расстояния (путем мониторинга движения ног или оптического поток). ^[3]

У млекопитающих свет на этот вопрос проливают три важных открытия.

Первое, сделанное в начале 1970-х годов, заключается в том, что нейроны в формации гиппокампа , называемые клетками места , реагируют на положение животного.

Второе, возникшее в начале 1990-х годов, заключается в том, что нейроны в соседних областях (включая передний таламус и постсубикулум ), называемые клетками направления головы , реагируют на направление головы животного. Это позволяет гораздо более детально изучить интеграцию путей, поскольку можно манипулировать информацией о движении и видеть, как реагируют клетки положения и направления головы (гораздо более простая процедура, чем обучение животного, которое происходит очень медленно).

Третье открытие заключалось в том, что нейроны дорсо-медиальной энторинальной коры , которая передает информацию клеткам места в гиппокампе, активируются метрически регулярным образом по всей поверхности данной среды. Шаблоны активности этих ячеек сетки очень похожи на шестиугольно организованный лист миллиметровой бумаги и предполагают возможную метрическую систему, которую ячейки места могут использовать для вычисления расстояний. Еще неизвестно, действительно ли ячейки места и сетки вычисляют сигнал интегрирования пути, но существуют вычислительные модели, предполагающие, что это правдоподобно. Конечно, повреждение мозга в этих областях, по-видимому, ухудшает способность животных к интеграции путей.

Дэвид Редиш утверждает, что «тщательно контролируемые эксперименты Миттельштедта и Миттельштедта (1980) и Этьена (1987) убедительно продемонстрировали, что эта способность [интеграция путей у млекопитающих] является следствием интеграции внутренних сигналов от вестибулярных сигналов и моторных эфферентных копий». ^[4]

См. также

Ссылки

^ Дарвин, Чарльз (24 апреля 1873 г.). «Происхождение некоторых инстинктов» . Природа . 7 (179): 417–418. дои : 10.1038/007417a0 . Полное собрание сочинений Чарльза Дарвина в Интернете. Происхождение определенных инстинктов : полный текст и факсимиле Проверено 28 февраля 2012 г.
^ Тали Кимчи, Ариан С. Этьен‡ и Джозеф Теркель, 2004. Подземное млекопитающее использует магнитный компас для интеграции пути. ПНАС, 27 января, вып. 101, нет. 4, 1105–1109.
^ Венер Р. (2003). «Навигация по пустынным муравьям: как миниатюрный мозг решает сложные задачи» (PDF) . Журнал сравнительной физиологии . 189 (8): 579–588. дои : 10.1007/s00359-003-0431-1 . ПМИД 12879352 . S2CID 4571290 .
^ Редиш, 1999. стр. 69.

Библиография

Лучший пиджей: Уайт AM, Минай А (2001). «Пространственная обработка данных в мозге: активность клеток места гиппокампа». Анну преподобный Neurosci . 24 : 459–486. дои : 10.1146/annurev.neuro.24.1.459 . ПМИД 11283318 .
Этьен А.С., Джеффри К.Дж. (2004). «Путь интеграции у млекопитающих» (PDF) . Гиппокамп . 14 (2): 180–192. дои : 10.1002/hipo.10173 . ПМИД 15098724 . S2CID 1646974 .
Макнотон Б.Л., Батталья Ф.П., Дженсен О., Мозер Э.И., Мозер М.Б. (2006). «Интеграция путей и нейронная основа «когнитивной карты» ». Nat Rev Neurosci . 7 (8): 663–678. дои : 10.1038/nrn1932 . ПМИД 16858394 . S2CID 16928213 .
Редиш, Дэвид (1999). За пределами когнитивной карты . МТИ Пресс. PDF
Таубе Дж.С. (1998). «Клетки направления головы и нейрофизиологическая основа чувства направления» . Прога Нейробиол . 55 (3): 225–256. дои : 10.1016/S0301-0082(98)00004-5 . ПМИД 9643555 . S2CID 38083940 .

[Nature-1] Дарвин, Чарльз (24 апреля 1873 г.). «Происхождение некоторых инстинктов» . Природа . 7 (179): 417–418. дои : 10.1038/007417a0 . Полное собрание сочинений Чарльза Дарвина в Интернете. Происхождение определенных инстинктов : полный текст и факсимиле Проверено 28 февраля 2012 г.

[2] Тали Кимчи, Ариан С. Этьен‡ и Джозеф Теркель, 2004. Подземное млекопитающее использует магнитный компас для интеграции пути. ПНАС, 27 января, вып. 101, нет. 4, 1105–1109.

[3] Венер Р. (2003). «Навигация по пустынным муравьям: как миниатюрный мозг решает сложные задачи» (PDF) . Журнал сравнительной физиологии . 189 (8): 579–588. дои : 10.1007/s00359-003-0431-1 . ПМИД 12879352 . S2CID 4571290 .

[4] Редиш, 1999. стр. 69.

[1]

[2]

[3]

[4]