Система навигации у грызунов оказалась схожа с древним методом ориентации в открытом океане

Нейробиологи обнаружили, что система навигации, используемая грызунами, похожа на метод, применяемый жителями тихоокеанских островов для ориентации в открытом океане без компаса.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Neuron, опровергают распространённое заблуждение: системы навигации млекопитающих работают как GPS, полагаясь на чувство направления, подобное компасу.

"Эти данные дают новое убедительное доказательство того, как наше внутренне организованное чувство направления соотносится с внешним миром, чтобы мы могли эффективно ориентироваться. Важно, что наша ориентация в пространстве не похожа на GPS; скорее, наше чувство направления фундаментально субъективно, внутренне организовано и лишь периодически "сверяется" с внешними ориентирами", — отмечает старший автор статьи Андре Фентон.

Хотя многие предполагали, что люди ориентируются, используя GPS-подобную систему в мозге, детали этого процесса оставались неясными.

Известно, что система навигации млекопитающих сосредоточена в гиппокампе и энторинальной коре — областях мозга, критически важных для понимания пространства и памяти.

Джон О'Киф, Мэй-Бритт Мозер и Эдвард Мозер получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2014 года за открытие клеток, сигнализирующих о местоположении и пройденном расстоянии. Их работу дополнило открытие Джеймса Рэнка, который обнаружил нейроны, сигнализирующие о направлении.

Чтобы лучше понять, как эти нейронные компоненты работают вместе для навигации в стационарном и вращающемся пространстве, Фентон, Рэнк и их коллеги провели серию экспериментов на крысах.

Они создали каруселеподобную конструкцию со стационарными и движущимися частями. Крыс обучали задаче навигации, которая требовала знания своего местоположения как в подвижной, так и в неподвижной системах отсчёта. Учёные отслеживали неврологическую активность, фокусируясь на клетках головного направления — наиболее фундаментальном компоненте системы навигации.

Однако результаты оказались неожиданными.

"Данные были чрезвычайно ясными и изначально совершенно непонятными. Несмотря на отличную навигацию, клетки головного направления переставали сигнализировать о направлении ни в стационарной, ни во вращающейся пространственной системе отсчёта", — говорит Фентон.

Это открытие не было уникальным. Учёные годами пытались понять, почему лабораторные крысы успешно ориентируются, когда активность клеток головного направления сильно ограничена.

Тогда Фентон вспомнил принципы навигации etak, о которых узнал из книги новозеландского доктора Дэвида Льюиса "Мы, навигаторы: Древнее искусство нахождения земли в Тихом океане", которую Рэнк дал ему в начале 1990-х.

Из книги Фентон узнал, что навигация etak практикуется без компаса. Навигатор использует знание стабильного положения звёзд и удалённого видимого или воображаемого ориентира (например, острова). Несмотря на знание истины, навигатор воображает себя неподвижным, а землю — движущейся под лодкой. Чтобы ориентироваться, он выстраивает в линию себя, ориентир etak и звезду, а затем движется так, чтобы земной ориентир etak смещался, пока не окажется на одной линии с навигатором и следующей звездой для ориентации.

Переосмыслив навигацию в рамках концепции etak, исследователи измерили направленную настройку каждого нейрона головного направления относительно активности другого такого нейрона у крыс. Они обнаружили, что клетки головного направления сигнализируют о направлении своей активностью внутренне согласованным образом, независимо от того, стабильна среда или вращается.

Кроме того, это внутреннее чувство направления периодически (примерно каждые 10 секунд) "сверяется" с отличительными ориентирами в конкретном пространстве. Между этими моментами "сверки" ориентирующаяся крыса, подобно навигатору etak, отслеживает, где она находится.

"Эти новые данные согласуются с ощущением большинства людей, что они могут периодически терять и вновь обретать ориентацию, особенно в незнакомых пространствах", — отмечает Фентон.