Ny forskning publicerad i Current Biology belyser hur djur skapar och underhåller interna rumsliga kartor utifrån sin omgivning.
Studien, ledd av Dr Guifen Chen från Queen Mary University of London, gräver ner sig i hjärnan på möss som navigerar i en tvådimensionell virtuell verklighet (VR) miljö, och avslöjar den överraskande betydelsen av specifika visuella ledtrådar för att bygga och underhålla rumsliga kartor. Den avslöjar att specifika visuella signaler – i det här fallet förhöjda väggar – är avgörande för att stabilisera nervcellerna som ansvarar för rumslig navigering i virtuell verklighet (VR).
"Våra fynd ger ett betydande steg framåt för att förstå den exakta karaktären hos den sensoriska information som djur använde för gränsdetektering", säger Dr Chen. "De lyfter inte bara fram vikten av förhöjda gränser för att bygga rumsliga kartor, utan avslöjar också hjärnans anmärkningsvärda förmåga att härleda gränser från sensorisk motorisk oöverensstämmelse även när de inte är direkt synliga."
Forskargruppen genomförde ett fascinerande experiment med virtuell verklighetsteknik. Möss navigerade i en tvådimensionell virtuell miljö, medan den neurala aktiviteten övervakades. Specifikt fokuserar studien på aktiviteten hos neuroner som är avgörande för navigering:platsceller, som avfyras när djuret befinner sig på en specifik plats, och rutnätsceller, som bildar en hexagonal rutnätsliknande karta över miljön.
Denna VR-miljö var en tvådimensionell värld som kunde manipuleras för att inkludera eller utesluta olika visuella element. Genom att övervaka aktiviteten hos dessa neuroner kunde forskarna observera hur mössens rumsliga kartor uppdaterades som svar på manipulationen inom VR-världen.
Det mest slående fyndet centrerades kring rollen av visuella gränser. När VR-miljön inkluderade förhöjda väggar, avfyrade platscellerna och rutnätscellerna i mössens hjärnor konsekvent, vilket indikerar stabila rumsliga kartor.
Men att ta bort dessa väggar gjorde att eldningsmönstren för dessa celler blev oberäkneliga, vilket visar en störning i djurens förmåga att navigera. Intressant nog hade det ingen betydande inverkan att ta bort ledtrådar från golvet i VR-miljön. Detta tyder på att den specifika formen av visuella signaler spelar en avgörande roll för hur djur bygger och underhåller sina interna kartor.
Dr Chen arbetade med Xiuting Yang, en Ph.D. student i sitt labb vid School of Biological and Behavioral Sciences vid Queen Mary University of London, samt professor Francesca Cacucci, professor Neil Burgess och Dr. Tom Wills vid UCL om detta papper.
Forskargruppen tror att dessa fynd har bredare konsekvenser för förståelsen av den verkliga navigeringen.
"Våra resultat tyder på att den förhöjda - inte platta - gränsen spelar en avgörande roll för hur djur upprätthåller rumsliga kartor", förklarar Dr Chen. "Detta kan förklara varför, till exempel, små barn kämpar för att använda platta konturer av former för rumslig orientering."
Denna studie öppnar dörrar för ytterligare forskning om det invecklade samspelet mellan sensorisk information, rumsminne och navigering. Det kan bana väg för framsteg inom områden som sträcker sig från robotik och virtuell verklighetsutveckling till en djupare förståelse för rumsliga navigeringsstörningar.
Mer information: Xiuting Yang et al, Visuella gränssignaler räcker för att förankra plats- och rutnätsceller i virtuell verklighet, Current Biology (2024). DOI:10.1016/j.cub.2024.04.026
Journalinformation: Nuvarande biologi
Tillhandahålls av Queen Mary, University of London
