MIT открыл способность мозга составлять карты местоположения с помощью одной лишь мысли
Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) обнаружили, что мысли о каком-то месте или опыте могут задействовать когнитивные карты мозга. Это происходит без необходимости физического движения или сенсорного воздействия. Исследование раскрывает, как мозг осуществляет ментальную навигацию, и предлагает новые идеи в области обучения и памяти.
Когнитивные карты хранятся в гиппокампе и энторинальной коре. Эти карты помогают нам вспомнить места, где мы уже бывали. Новое исследование, возглавляемое доцентом Мехрдадом Джазаери, показывает, что когнитивные карты активируются при одной только мысли, даже без движения.
Ментальные карты, запускаемые мыслью
Предыдущие исследования показали, что гиппокамп и энторинальная кора необходимы для картирования физического пространства. Однако большинство этих исследований были посвящены физическому движению. Исследователи Массачусетского технологического института задались целью выяснить, могут ли когнитивные карты также активироваться с помощью мысли.
В ходе эксперимента команда обучила животных пользоваться джойстиком и ориентироваться в последовательности изображений. Эти изображения появлялись через регулярные промежутки времени. После того как животные освоили задачу, исследователи наблюдали за их мозговой активностью. Они обнаружили, что те же когнитивные карты, которые использовались для физической навигации, срабатывали во время мысленного моделирования, даже когда изображения переставали быть видимыми.
«Мы видели, как карта активируется, когда животное мысленно ориентируется», — говорит Джазаери. Команда выявила чёткие паттерны активности в энторинальной коре. Эти паттерны возникали, когда животные обдумывали последовательность ориентиров, даже не двигаясь.
Когнитивные карты, подтверждаемые поведением
Исследователям нужно было подтвердить, используют ли животные когнитивные карты или просто запоминают изображения. Чтобы проверить это, они ввели новые пары изображений, которые животные никогда раньше не видели. Если бы животные полагались на запоминание, они бы с трудом справились с новыми парами. Однако животные успешно ориентировались в новых парах с первой попытки, что подтверждает использование когнитивных карт.
«Результаты были очевидны», — говорится в исследовании. «Животные сразу же мысленно перемещались между новыми парами». Это доказало, что когнитивные карты могут функционировать без физического движения.
Нейроны раскрывают возможности умственной навигации
Когда животные мысленно ориентировались, нейроны в энторинальной коре проявляли специфическую активность. Мозг демонстрировал «всплески» реакции, которые соответствовали времени появления ориентиров, хотя изображения не были видны. Эти реакции следовали в том же ритме, что и при физическом ориентировании животных.
Чтобы лучше понять этот процесс, команда создала вычислительную модель. Известная как модель «непрерывного аттрактора», она воспроизводила деятельность мозга. Модель показала, как мозг может имитировать сенсорный опыт на основе выученных шаблонов, даже не получая реального сенсорного сигнала.
Исследования в поддержку ментальных карт
Выводы MIT согласуются с результатами других исследований, посвященных мысленным симуляциям. В 2017 году исследование Университетского колледжа Лондона (UCL) показало, что гиппокамп также участвует в «мысленном путешествии во времени». Этот процесс позволяет людям мысленно моделировать прошлые или будущие события. Исследователи UCL обнаружили, что мозг использует те же области для воображения будущих событий и навигации в физическом пространстве. Это говорит о том, что когнитивные карты помогают нам думать как о пространстве, так и о времени.
В 2020 году Колумбийский университет изучил, как когнитивные карты помогают в социальных отношениях. Исследование показало, что гиппокамп создает ментальные карты социальных взаимодействий. Эти карты помогают нам предсказывать социальные результаты, подобно тому, как мы ориентируемся в физическом пространстве.
Значение для развития человеческого познания
Исследование Массачусетского технологического института позволяет по-новому взглянуть на то, как мы используем мысленные симуляции для мышления и планирования. Оно показывает, что когнитивные карты могут активироваться исключительно с помощью мыслей. Это позволяет предположить, что ментальная навигация является ключевым фактором в организации информации в мозге.
Исследования Калифорнийского и Колумбийского университетов подтверждают, что когнитивные карты служат не только для навигации в пространстве. Они также помогают нам обрабатывать время и социальные взаимодействия. Это может объяснить, почему люди с повреждением гиппокампа испытывают трудности с памятью, социальными ситуациями и планированием будущего.
Теперь исследователи MIT планируют изучить, как когнитивные карты адаптируются к более сложным условиям окружающей среды. Они изучат, как формируются эти карты, когда ориентиры расположены неравномерно или организованы по-новому. Команда также хочет изучить, как гиппокамп помогает в освоении новых задач.
Прикладные программы для памяти и обучения
Понимание того, как работают когнитивные карты, может привести к появлению новых методов улучшения памяти и обучаемости. Когнитивные тренировки, направленные на моделирование мышления, могут улучшить запоминание и пространственную навигацию. Это было бы особенно полезно для людей с болезнью Альцгеймера.
Джазаери отметил: «Теперь мы имеем более чёткое представление о том, как мозг организует информацию во время мысленных симуляций. Это может помочь в разработке методов лечения расстройств памяти и других когнитивных проблем».
Исследователи также считают, что эти выводы могут повлиять на искусственный интеллект (ИИ). Многие системы ИИ, особенно те, которые используются в навигации и обучении, вдохновлены когнитивными картами мозга. Понимание того, как работают эти карты, может привести к созданию более совершенных систем ИИ, которые будут моделировать окружающую среду и решать сложные задачи без сенсорного ввода.
Направления дальнейших исследований
В будущем команда MIT изучит, как когнитивные карты работают в различных ситуациях. Особенно их интересует, как работают карты при неравномерном расположении ориентиров или при навигации в сложных условиях. Учёные также хотят узнать, как формируются когнитивные карты в мозге и как обучение меняет этот процесс с течением времени.
Это исследование является важным шагом в понимании того, как мозг моделирует окружающий нас мир. Оно предоставляет ценные сведения о памяти, принятии решений и о том, как мы думаем о будущем.
