В організмі людини закладена внутрішня система навігації GPS

Здатність орієнтуватися в просторі, знаходити дорогу навіть на найзаплутаніших маршрутах — одна з життєво важливих функцій і загадок мозку людини і всіх тварин. Відкриття існування в мозку вродженої системи глобального позиціонування — «внутрішнього GPS» — було удостоєне в 2014 році Нобелівської премії в галузі фізіології та медицини.

Вивчення орієнтаційної системи мозку має фундаментальне значення. Але перш за все, воно є важливим з точки зору медицини: відомо, що такі захворювання нервової системи, як хвороба Альцгеймера, супроводжуються порушенням просторової пам’яті і просторового орієнтування. Вивчення цих процесів може відкрити нові шляхи для відновлення втрачених функцій мозку.

Внутрішній GPS, або Що нам допомагає в навігації. Здатність орієнтуватися в просторі — одна з життєво важливих функцій мозку людини. Фото: JONATHAN NACKSTRAND/AFP/Getty Images

Вперше ідея про вроджені якості та здібності головного мозку була висловлена німецьким мислителем, філософом І. Кантом. Зокрема, до таких здібностей мозку могла належати і можливість орієнтуватися в просторі та часі. Однак ця ідея мислителя довгий час не підтримувалася вченими, які вважали, що навігація здійснюється послідовністю сприйняття сенсорних стимулів і відповідною руховою реакцією.

Один із небагатьох учених, які підтримували ідею Канта, був Е. Толмен, що вивчав процес навчання щурів навігації. У 50-х роках ХХ ст. він припустив, що після вивчення навколишнього простору в головному мозку щура формується когнітивна карта, яка в подальшому допомагає тварині вибирати оптимальний маршрут.

Перші експериментальні дослідження, що підтверджують ідею Толмена, були проведені через 20 років Дж. О’Кіфом (Університетський коледж Лондона), який відкрив «клітини місця» в гіпокампі. Ці клітини активувалися, коли піддослідні тварини опинялися в певному місці, а зі зміною місця активувався інший набір подібних клітин. Таким чином, ці клітини «перетворювалися» на своєрідну внутрішню карту місця, де перебувала тварина.

Перші експериментальні дослідження були проведені Дж. О’Кіфом, який відкрив «клітки місця» в гіпокампі. Фото: JONATHAN NACKSTRAND/AFP/Getty Images

Подружжя Мозер, яке працювало деякий час в лабораторії Дж. О’Кіфа, продовжило вивчення «клітин місця» і ролі гіпокампу в орієнтації у просторі. Удосконаливши експериментальну установку, яка дозволила тварині переміщатися на великі відстані, вчені змогли виявити в ділянці мозку поряд з гіпокампом т.зв. «клітинну координатну мережу». При цьому сама поведінка клітин цієї мережі виявилася навіть цікавішою, ніж поведінка «клітин місця». Окремі нейрони цієї мережі активувалися (по них безперервно проходили сигнали), коли тварина перебувала в кількох точках поля. Клітини цієї мережі взаємодіють з деякими іншими клітинами, які також використовуються головним мозком для визначення положення тіла і меж сприйманого ним простору.

З часом, були відкриті й інші елементи внутрішньої системи орієнтації: «клітини напряму» (визначають нахил голови), «крайові клітини» (відзначають розташування меж території), клітини зі змішаною активністю.

Пізніше вчені змогли виявити в ділянці мозку поряд з гіпокампом т.зв. «клітинну координатну мережу». Фото: JONATHAN NACKSTRAND/AFP/Getty Images

4 роки тому дослідниками було виявлено, що «клітини місця» і «клітини напряму» — основні компоненти системи просторового сприйняття — формуються у тварин з народження, до отримання «досвіду навігації», а «клітини координатної сітки» — з’являються пізніше.

Ці клітини та нейронні мережі, що становлять собою «внутрішній GPS», існують і в мозку людини: вони були відкриті в 2003 і 2013 роках. Зрозуміло, в порівнянні з системою орієнтування в мозку щура, «внутрішній GPS» людини має ряд відмінностей, але в цілому така система орієнтації подібна для всіх хребетних тварин.

Дослідження орієнтаційної системи мозку може відкрити нові шляхи для відновлення втрачених функцій мозку, що виникли через хворобу Альцгеймера. Фото: JONATHAN NACKSTRAND/AFP/Getty Images

Відкриття О’Кіфа і подружжя Мозер називають одними з найбільш значущих в нейробіології за останні десятиліття. Ці відкриття дозволили вченим побачити новий тип роботи нейронів, за якого клітини утворюють багатокомпонентну мережу, завдяки чому стають можливими складні когнітивні процеси.

Однак цим не вичерпується значення цих відкриттів. Вивчення орієнтаційної системи мозку є важливим, у першу чергу, для клінічної практики, де відбувається безперервний пошук способів лікування захворювань нервової системи, що супроводжуються порушенням просторової пам’яті і просторового орієнтування.

За це відкриття Дж. О’Кіфу, подружжю Мозер і вченим-нейробіологам з Норвезького університету науки і техніки (Тронхейм) в 2014 році була вручена Нобелівська премія в галузі фізіології та медицини.

В 2014 році Дж. О’Кіфу та подружжю Мозер була вручена Нобелівська премія в галузі фізіології та медицини. Фото: JONATHAN NACKSTRAND/AFP/Getty Images

Читайте також:
Які таємниці мозку залишаються маловідомими
Віра як ліки: наукові експерименти підтверджують силу релігії