В 2005 году команда учёных из Норвегии доказала, что мозг млекопитающих содержит особые клетки — grid-нейроны, которые начинают активно работать, когда животное находится в конкретных местах пространства. Тогда эксперименты проводились на крысах.

Недавно американцы заинтересовались этим же вопросом: Джошуа Джейкобс (Joshua Jacobs) и его коллеги из университета Дрекселя в Филадельфии решили выяснить, есть ли у человека такие же специфические нейроны.

Вообще, во время перемещения в пространстве активизируются три типа клеток: нейроны направления (работают, когда мы выбираем направление), нейроны места ("зажигаются", когда мы находимся в определённой точке) и те самые grid-нейроны, которые также иногда называют "координатными нейронами" или "нейронами координатной сетки".

Запись активности grid-нейронов при перемещении крысы в замкнутом пространстве (иллюстрация Torkel Hafting/Wikimedia Commons).

Grid-нейроны посылают сигнал нейронам места, а затем обе группы клеток посылают сигналы гиппокампу — участку головного мозга, регулирующему переход кратковременной памяти в долговременную. Вся эта система ответственна за то, чтобы животное не заблудилось.

Наличие первых двух типов клеток у человека было доказано почти сразу, но с grid-нейронами возникли сложности: ранее имелись лишь косвенные свидетельства их существования в человеческом мозге.

Джейкобс и его команда провели эксперимент с участием 14 добровольцев. В головной мозг испытуемых уже были вживлены специальные электроды. Изначально они предназначались для лечения эпилепсии, но и для данного исследования оказались полезны.

Участникам эксперимента предложили сыграть в компьютерную игру, где они ездили на виртуальном автомобиле и запоминали локации различных объектов. Параллельно учёные следили за нейронной активностью испытуемых. После того как игроки освоились в виртуальном пространстве, их попросили вновь определить местоположение собранных предметов. Артефакты при этом оставались невидимыми до тех пор, пока игрок не приближался к нужной локации.

Человек, который постоянно теряется, далеко не всегда глупее того, кто с лёгкостью ориентируется на местности. Просто у них по-разному работают навигационные нейроны (фото Peter Ward).

Виртуальная реальность была избрана не случайно: в обычной жизни человек бы использовал естественные ориентиры, из-за чего могли бы активизироваться другие клетки мозга, а в компьютерной игре добровольцам пришлось самостоятельно составлять мысленную карту местности, "зажигая" строго определённые нейроны.

Когда мы передвигаемся в пространстве, то нашу траекторию можно разбить на треугольники, соединённые друг с другом углами. Grid-нейроны активизируются лишь тогда, когда мы достигаем угла воображаемого треугольника. Когда испытуемые играют в компьютерную игру, это видно довольно отчётливо.

В ходе испытания исследователи заметили, что у добровольцев активизировались клетки в энторинальной коре (ответственна за память и навигацию) и передней поясной коре (участвует в процессе обучения) головного мозга — так же, как и у животных.

Интересно, что учёные увидели и отличие: только у людей "зажигались" нейроны префронтальной коры, которая ответственна за формирование новых эпизодических воспоминаний, связанных с конкретным местом и временем.

Джейкобс считает, что после ещё нескольких этапов данного исследования можно будет говорить о разработке лекарства, стимулирующего работу навигационных нейронов. Это поможет людям не только справиться с проблемами ориентации в пространстве, но и параллельно улучшить некоторые функции мозга для профилактики дегенеративных заболеваний. К примеру, ненормальная активность нейронов энторинальной коры провоцирует появление болезни Альцгеймера.

О результатах работы Джейкобса и его коллег можно почитать в журнале Nature Neuroscience.