Нейроны гиппокампа прокладывают маршруты к цели ещё до начала движения

Каждый раз, когда человек или животное движется к знакомому месту, мозг успевает «проиграть» возможные пути ещё до первого шага. Долгое время оставалось неизвестным, как именно это происходит на уровне конкретных нейронных механизмов. Два новых исследования, опубликованных в *Nature Neuroscience*, описывают точный клеточный процесс, который позволяет мозгу симулировать будущие маршруты и выбирать наиболее подходящий из них. Ранее pronedra.ru рассказывала о формировании новых воспоминаний.

Тета-взмахи: нейронный навигатор

В основе открытия лежат так называемые «тета-взмахи» (theta sweeps) — короткие всплески активности в гиппокампе, структуре мозга, ответственной за пространственную навигацию и память. Ранее было известно, что так называемые клетки места (place cells) гиппокампа активируются в строго определённых точках пространства, создавая когнитивную карту окружения. Тета-взмахи объединяют последовательности таких клеток в сжатые временны́е «пакеты», проигрывая пространственные траектории быстрее, чем животное фактически перемещается.

Новые данные показывают: эти взмахи направлены не случайно, а именно к запомненной цели — вне зависимости от того, куда повёрнута голова животного и в каком направлении оно движется в данный момент. Исследователи использовали специально разработанный «лабиринт Honeycomb», который позволяет разделить направление взгляда, движения и цели. Это дало возможность убедиться: тета-взмахи образуют векторы именно к цели, а не просто следуют за телом.

Ключевые выводы исследования:

• тета-взмахи формируются в направлении запомненной цели, а не текущего движения;
• более сильная «нацеленность» на цель предшествует правильному навигационному выбору;
• последовательности нейронов координируются с активностью префронтальной коры — структуры, связанной с принятием решений;
• в период покоя эти последовательности преимущественно воспроизводятся в фазу «острых волновых рябей», что может поддерживать формирование памяти.

Симуляция пути как механизм выживания

Параллельное исследование с крысами в открытом манеже показало: гиппокамп формирует краткие последовательности, кодирующие пространственные траектории от текущего местоположения животного к известному месту назначения — ещё до начала движения. Примечательно, что эти предсказывающие последовательности срабатывают даже тогда, когда конкретное сочетание стартовой точки и цели встречается впервые.

«Наши результаты раскрывают точный нейронный механизм, который позволяет животным моделировать возможные пространственные пути в мозге, а затем выбирать наиболее подходящий для достижения пункта назначения», — отметил Антонио Фернандес-Руис, руководитель одной из исследовательских групп.

От крыс к человеку

Пока оба исследования проведены на грызунах. Следующий шаг — выяснить, работает ли аналогичный механизм в человеческом мозге. Авторы высказывают обоснованное предположение: поскольку архитектура гиппокампа и тета-ритмы у людей устроены схожим образом, такой же процесс, вероятно, поддерживает планирование маршрутов и у нас.

Понимание того, как мозг прокладывает маршруты «заранее», открывает перспективы для изучения нарушений навигации и памяти при болезни Альцгеймера и других заболеваниях гиппокампа, а также для разработки более совершенных нейроморфных систем навигации в робототехнике.