До появления технологий, помогающих ориентироваться в пространстве, людям приходилось делать это, полагаясь только на встроенные возможности организма и своё обычное окружение. Они замечали и запоминали ориентиры и прикидывали собственную скорость и пройденные расстояния, наблюдая, как ориентиры перемещаются в поле зрения, и, оценивая, сколько времени на это уходит. «День пути», «десять минут до метро» — мы и сегодня пользуемся этими определениями расстояния, привязанными ко времени и к нашему субъективному восприятию собственной скорости.
Чтобы приблизиться к понимаю того, как система определения скорости и расстояния работает у людей, учёные из Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University) для начала стали изучать её у крыс. В новом исследовании они показали, что у крысы способны в реальном времени перекалибровывать усвоенные ранее отношения между временем, скоростью и расстоянием. По словам одного из авторов исследования, Ману Мадхава (Manu Madhav), научного сотрудника Института разума/мозга упомянутого университета, мы понимаем, где находимся в мире, с помощью нейронов гиппокампа и соседних областей. Изучая динамику их активности, учёные могут лучше понять, как люди ориентируются в пространстве.
Рави Джаякумар (Ravi Jayakumar), основной автор статьи, считает, что, чтобы вычислить собственное местоположение в пространстве, мозг учитывает две вещи: внешние ориентиры (например, высокая башня, жёлтый дом) и данные «внутреннего спидометра»: сопоставляя расстояние и течение времени, мозг может оценить скорость движения. А, зная её, он даже при отсутствии ориентиров может подсчитать, как далеко вы продвинулись.
Скажем, если вы идёте уже 10 минут, всегда ли ваша оценка пройденного пути будет одинаковой? Или она будет определяться вашим недавним опытом восприятия мира?
Про людей мы пока точно не знаем, зато знаем теперь про крыс. Для испытания опытные животные были помещены в специальную куполообразную установку. На стены купола проецировались изображения ориентиров, так, что создавалось впечатление «дополненной реальности». Крыса могла бежать только вперёд и только по кругу, так как была закреплена и соединена рычагом с центральной осью купола.
Проекции ориентиров могли оставаться недвижимыми, а могли перемещаться с разной скоростью — либо в направлении движения крысы, либо в противоположном. Скорость ориентира зависела от того, насколько быстро животное бежало в каждый момент, создавая среду дополненной реальности, в которой крысы ощущали себя бегущими медленнее или быстрее, чем на самом деле.
В процессе эксперимента исследователи смотрели на «нейроны местоположения» (place cells) — это такие нейроны гиппокампа, которые запускаются, когда животное возвращается в определённое знакомое ему место. Когда крыса думает, что пробежала один круг и вернулась в то же место, нейрон, которому «знакомо» это местоположение, активируется. Таким образом учёным удалось опосредованно понаблюдать за тем, что происходит в сознании крысы — какое у неё представление о скорости своего бега. Сначала они двигали ориентиры по ходу движения крысы (G=0,5). Потом декорации оставались без движения (G=1), затем двигались крысе навстречу (G=2). О восприятии крысы судили по сигналингу нейронов местоположения: при движении проецируемых ориентиров с условным G=0,5 они сигналили позже, а в случае с G=2 — раньше. В первом случае крысе казалось, что она бежит медленнее, чем на самом деле, а во втором — быстрее.
Снизу, слева направо:
G = 0,5 — Ориентиры повернулись на 45 градусов, а крыса пробежала 90 градусов
G = 1 — Ориентиры остались на месте, а крыса пробежала 90 градусов
G = 2 — Ориентиры повернулись на −90 градусов, а крыса пробежала 90 градусов.
Потом исследователи прекратили проецировать фигуры и оставили крысам только внутреннее чувство скорости движения. Сигналинг нейронов показал, что крысы продолжали думать, что они бегут быстрее (или медленнее), чем они бежали на самом деле. То есть, нахождение в куполе с дополненной реальностью вызвало длительные изменения в восприятии животным того, с какой скоростью оно двигается.
Когда животное растёт, его ноги становятся длиннее, соответственно должно меняться и восприятие того, сколько оно может пройти за один шаг. Но на самом деле перекалибровка происходит не только с возрастом — она происходит каждую минуту, даже во взрослом возрасте. Мы постоянно обновляем модель того, как наши физические движения влияют на наше местоположение в мире.
Ощущали ли вы головокружение, сходя с беговой дорожки? Данное исследование объясняет, почему так происходит. Наш мозг не может сразу переключить восприятие скорости вашего собственного движения, ему для этого нужно несколько секунд. Поэтому мы можем испытывать чувство головокружения.
Заглядывая вперёд, исследовательская группа надеется использовать ту же экспериментальную установку с дополненной реальностью для изучения того, как другие области мозга координируют свою деятельность с гиппокампом в процессе формирования целостной карты мира.
