Istraživanje Džonsa Hopkinsa baca novo svetlo na to kako sisari prate svoju poziciju i orijentaciju dok se kreću, otkrivajući da sami vizuelni znakovi pokreta omogućavaju mozgu da se prilagodi i ponovo kalibrira svoju unutrašnju mapu čak i u odsustvu stabilnih vizuelnih orijentira.
Njihovi rezultati su objavljeni u časopisu Nature Neuroscience.
„Kada se krećete kroz svemir, imate mnogo suprotstavljenih senzornih informacija koje vam govore gde ste i koliko brzo idete, a vaš mozak to mora da shvati“, rekao je ko-voditelj studije Noa Kauan, profesor mašinstva na Vhiting School of Engineering i direktor Laboratorije za lokomociju u mehaničkim i biološkim sistemima (LIMBS).
„Rezultati naše studije pokazuju da, iznenađujuće, mozak može da izvrši ovu kontinuiranu rekalibraciju bez očiglednih spoljnih orijentira da nam kaže našu poziciju. Mozak može da prilagodi svoj unutrašnji osećaj brzine kroz svoju prostornu mapu na osnovu tragova isključivo optičkog toka: vizuelnog kretanja obrasci koje pojedinci opažaju dok se kreću kroz prostor“.
Covan je sarađivao na projektu sa Džejmsom Knierimom, profesorom neuronauke na Krieger School of Arts and Sciences Instituta Zanvil Krieger Mind/Brain Institute i Kavli Neuroscience Discoveri Institute na Johns Hopkinsu.
Istraživači su znali da, na primer, kada pojedinac hoda kroz tunel prekriven oznakama, njihov mozak detektuje brzinu kojom se čini da se oznake kreću, pomažući im da procene pređenu udaljenost i njihov relativni položaj u prostoru.
Tim je krenuo da utvrdi da li bi promena brzine oznaka koje prolaze pored šetača ili uklanjanje markera značajno uticalo na odgovor mozga.
„Želeli smo da dođemo do mehanizama kako naš mozak izračunava ‘pređenu udaljenost’ samo na osnovu informacija o brzini“, rekao je Kauen. „Neuroni u našem hipokampusu ‘svetle’ kao plava GPS tačka na vašem telefonu. Pretpostavili smo da bi se odnos između optičkog toka i ‘ažuriranja plave tačke’ mogao ponovo kalibrisati u VR – i otkrili smo da može.“
Knierim je objasnio da su istraživači imali za cilj da utvrde da li mogu pouzdano da kontrolišu osećaj lokacije laboratorijskog pacova na njegovoj kognitivnoj mapi veštačkom promenom količine optičkog toka koju dobija u sistemu virtuelne realnosti.
„Otkrili smo da, koristeći principe teorije kontrole, možemo kontrolisati kognitivnu mapu precizno koristeći samo znakove optičkog toka, pokazujući na taj način da je ovaj dugo hipotetski ulaz zaista koristio sistem integracije putanje pacova“, rekao je Knierim.
Tim je konstruisao kupolu virtuelne stvarnosti i projektovao osvetljene pruge na njene zidove. Pacove su namamile kapi čokoladnog mleka da šetaju oko kupole. Trake su bile namenjene da služe kao podsvesni trag o brzini glodara i njihovoj opštoj lokaciji u svemiru.
Kada je tim postavio trake da se rotiraju u suprotnom smeru od pacova kada su napravili korak, reakcija hipokampusa životinja je pokazala da su mislile da se kreću dvostruko brže, a njihov osećaj lokacije je bio iskrivljen.
Nakon određenog vremenskog perioda, kada su pruge bile isključene, istraživači su otkrili da pacovi i dalje doživljavaju sebe kao da se kreću brže nego što jesu.
Kauen je rekao da je već poznato da mozgovi sisara koriste položaje orijentira jedan u odnosu na drugi da bi odredili lokaciju i kalibrirali približnu brzinu. Ono što nije bilo poznato je da li će mozak sisara ponovo kalibrisati svoju brzinu kroz mentalnu mapu u odsustvu ikakvih orijentira.
„Kako vaš mozak radi tu rekalibraciju u odsustvu orijentira, i činjenica da to uopšte radi, ranije nije bilo poznato i to pokazujemo u ovom istraživanju“, rekao je on.
Rezultati studije pružaju dragocen uvid u dve ključne oblasti. Prvo, oni bacaju svetlo na funkcionisanje hipokampusa sisara, regiona mozga koji je uključen u Alchajmerovu bolest i druge demencije, a drugo, istraživanje odgovara na dugotrajno pitanje o osnovnoj biologiji načina na koji se životinje kreću u svetu.
„Pošto je sistem za navigaciju tako blisko vezan za memorijski sistem mozga, nadamo se da će razumevanje načina na koji kreira ove kognitivne mape pružiti uvid u to kako pamćenje postaje slabije tokom starenja i tokom demencije“, rekao je Knierim.
Ali rezultati takođe imaju implikacije na robotiku. Kauan je primetio da bi nalaz takođe mogao da informiše razvoj AI i algoritama za mašinsko učenje dizajniranih da integrišu vizuelne informacije sa prikazima prostora, utirući na kraju put otelotvorenim kognitivnim sistemima.
