Neuronen können sich verschieben, wie Sie verarbeiten Informationen zu motion: Studie

Neue Rochester Forschung zeigt an, dass einige Nervenzellen möglicherweise geschickter als gedacht zu helfen, die Sie wahrnehmen, die Bewegung von Objekten, während Sie durch die Welt bewegen. Die Ergebnisse haben Implikationen für die Entwicklung zukünftiger Prothesen und für das Verständnis, einige Erkrankungen des Gehirns.

Unsere Gehirne verwenden Sie verschiedene Referenz-frames—auch bekannt als Koordinatensysteme—zur Darstellung der Bewegung von Objekten in einer Szene.

Einige Koordinatensysteme sind nützlicher als andere, für die Darstellung von Informationen. Zur Darstellung einer Position auf der Erde, zum Beispiel, könnten wir eine Erde-zentrierten Koordinatensystem wie breiten-und Längengrad. In solch einer Erde-zentrierten Koordinatensystem, ein Standort, der—wie zu Hause—ist über die Zeit konstant. Sie können aber auch darstellen, wo Sie wohnen, da eine Position relativ zur Sonne mit einem sun-zentrierten Koordinatensystem. Ein solches system würde eindeutig nicht nützlich für Leute, die versuchen zu finden, wo Sie Leben, wie Ihre Adresse in der Sonne zentrierten Koordinaten ändern würde kontinuierlich, während die Erde rotiert relativ zur Sonne.

Das menschliche Gehirn Gesichter das gleiche problem, die Daten mit den entsprechenden Koordinaten-Systeme und übertragung zwischen den Koordinatensystemen führen Ihre Aktionen. Dies ist zum Teil, weil die sensorische information wird kodiert in den verschiedenen Referenz-Bilder: die visuelle information wird zunächst kodiert, relativ zu dem Auge mit Auge zentriert, Koordinaten, auditive Informationen zunächst kodiert relativ zum Kopf mit Kopf-zentrierten Koordinaten, und so weiter. Eine interessante Reihe von Berechnungen muss im Gehirn auftreten, um für diese sensorischen Signale werden kombiniert, um zu ermöglichen, dass eine person wahrnehmen, die eine ganze Szene.

Aber wie Neuronen dar, Objekte in verschiedenen Referenz-frames, während Sie bewegen sich durch eine Umwelt?

In einem Papier veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Neuroscience, Forscher von der University of Rochester, einschließlich Greg DeAngelis, ein professor des Gehirns und der Kognitionswissenschaften, untersucht, wie die Nervenzellen im Gehirn darstellen, die Bewegung eines Objekts während der Betrachter auch bewegen.

Konkret untersuchten die Forscher, wie Beobachter beurteilen die Bewegung eines Objekts relativ zu dem Betrachter den Kopf oder relativ zu der Welt.

Ihre Ergebnisse—, dass die Nervenzellen in einer bestimmten Hirnregion sind flexibler bei der Umschaltung zwischen Referenz-frames—bieten wichtige Informationen über das Innenleben des Gehirns und könnte möglicherweise verwendet werden, in neuronale Prothetik und Therapien zur Behandlung von Erkrankungen des Gehirns.

Sind Neuronen, die fest oder flexibel?

Stell dir vor, du spielst Fußball. Wenn Sie mit und wollen um den ball den Kopf, würden Sie brauchen, um zu berechnen die Flugbahn des Balles, die Bewegung relativ zum Kopf, so dass Sie den Kontakt zwischen Ihrem Kopf und der ball. Ein Kopf-zentrierten Koordinatensystem wäre daher nützlich sein. Alternativ, wenn Sie ausgeführt werden, und beobachten Sie Ihre Mitspieler tritt den ball in Richtung Tor, würden Sie brauchen, um zu berechnen die Flugbahn des Balles relativ zu dem Ziel zu bestimmen, ob oder nicht, Ihre Teamkollegin erzielte. Dies würde erfordern, eine-Welt-zentrierten Koordinatensystem, da das Ziel fixiert ist, relativ zu der Welt.

„Abhängig von der momentan ausgeführten Aufgabe, das Gehirn braucht zum darstellen Objekt-Bewegung in verschiedenen Koordinatensystemen, um erfolgreich zu sein,“ DeAngelis sagt. „Die große Frage ist: wie funktioniert das Gehirn, dies zu tun?“

Die Forscher wollten bestimmen, wenn das Gehirn Umschalten zwischen verschiedenen Neuronen, die jeweils unterschiedliche Feste Bezugssystem—beispielsweise der Wechsel zwischen Kopf-zentriert Neuronen und Welt-zentriert Neuronen—oder, wenn die Neuronen sind flexibel und aktualisieren der Referenz-frames entsprechend den momentanen Anforderungen der Aufgabe der Vertretung der Objekt-Bewegung.

Die Forscher trainierten Probanden zu beurteilen, Objekt-Bewegung, die in entweder Kopf -, zentriert-oder Welt-Koordinaten zentriert und zwischen Ihnen zu wechseln von Studie zu Studie, basierend auf einem cue.

Die Forscher erfassten Signale von Neuronen in zwei verschiedenen Bereichen des Gehirns und fanden, dass Neuronen im ventralen intraparietalen (VIP -) Bereich des Gehirns haben eine Bemerkenswerte Eigenschaft: Ihre Antworten auf die Bewegung von Objekten ändern, je nach Aufgabe.

Das heißt, die Neuronen haben keine festen Referenz-frames, sondern passen sich flexibel an die Anforderungen der Aufgabe und ändern Sie Ihre Referenz-frames entsprechend.

Neuronen im VIP repräsentieren Objekt-Bewegungen im Kopf-zentriert-Koordinaten, wenn die Probanden sind erforderlich, um Bewegung von Objekten relativ zu Ihrem Kopf. Sie repräsentieren Bewegung von Objekten in Welt-Koordinaten zentriert, wenn der Gegenstand war erforderlich, um Bewegung von Objekten relativ zu der Welt.

Weil die Neuronen haben, wie flexible Reaktionen, das bedeutet, das Gehirn kann erheblich vereinfachen den Prozess der übergabe an die Informationen, die es braucht, um zu leiten das handeln.

„Dieses ist die erste Studie, zu zeigen, dass Nervenzellen flexibel stellen räumliche Informationen, wie Bewegung von Objekten in unterschiedlichen Koordinatensystemen basieren auf den Anweisungen, die das Thema“ DeAngelis sagt. „Das bedeutet, dass das Gehirn entschlüsseln kann—oder“ read-out “ —Informationen aus diesem einzigen population von Neuronen und in der Lage sein, um die Informationen, die es braucht für die entweder-Aufgabe-situation.“

Der VIP-Bereich befindet sich im Scheitellappen des Gehirns und erhält Eingänge von visuellen, akustischen und vestibulären (Innenohr -) Sinne. Dies ist die erste Studie, zu testen, für die flexible Referenz-frames, so dass der VIP-Bereich ist der einzige Bereich bekannt, die diese Eigenschaft haben. Die Forscher vermuten jedoch, dass die Neuronen in anderen Bereichen des Gehirns kann diese Eigenschaft als gut.

Anwendungen für neuronale Prothetik und Erkrankungen des Gehirns

Die Forschung bietet wichtige Informationen über das Innenleben des Gehirns und potenziell für Anwendungen verwendet werden, wie neuronale Prothetik, in der die Aktivität des Gehirns zur Steuerung von künstlichen Gliedmaßen oder Fahrzeugen.

„Um eine effektive neuronale Prothesen, die Sie erfassen möchten, die Signale aus dem Gehirn Bereiche, die wäre sehr nützlich und flexibel für grundlegende Aufgaben ausführen,“ DeAngelis sagt. „Wenn diese Aufgaben beinhalten das abfangen bewegende Objekte, zum Beispiel, dann auf in die Signale von VIP-vielleicht ein Weg, um eine prothetische Arbeit effizient für eine Vielzahl von Aufgaben, die zu urteilen Bewegung relativ zu dem Kopf oder in der Welt.“

Obwohl diese Forschung ist derzeit nicht angeschlossen, um eine spezifische Erkrankung des Gehirns, die Forscher haben bisher herausgefunden, dass Menschen die Fähigkeit zu nehmen in der sensorischen Informationen und daraus zu folgern, welche Ereignisse in der Welt verursacht, dass die sensorischen input—eine Fähigkeit, bekannt als kausale Inferenz—beeinträchtigt ist, in den Störungen wie Autismus und Schizophrenie.