Карта новизны: Учёные нашли в мозге «регулятор», который помогает нам осваивать новую местность

Учёные обнаружили в мозге человека своеобразный «регулятор», активность которого резко возрастает, когда мы исследуем незнакомую местность. Это открытие может помочь понять, почему проблемы с ориентацией и чувство потери — один из самых ранних симптомов деменции, такой как болезнь Альцгеймера.

Представьте, что вы идёте по привычной дороге домой, но случайно сворачиваете не туда. Мозгу требуется совсем немного времени, чтобы подать сигнал тревоги о том, что вы заблудились.

Новое исследование, опубликованное 4 декабря в журнале Nature Communications, объединило мощную визуализацию мозга и технологию виртуальной реальности (VR), чтобы выяснить, что происходит в мозге при навигации в знакомой и незнакомой среде.

«Когда вы переезжаете в новый город или путешествуете, вы не сразу становитесь с местностью на „ты“, — пояснил в интервью Live Science соавтор исследования Дениз Ватансевер, нейробиолог из Фуданьского университета в Китае. — Вам нужно исследовать окружающую среду, чтобы освоиться». Именно этот опыт команда Ватансевера попыталась воссоздать в VR.

Они привлекли 56 здоровых добровольцев в возрасте от 20 до 37 лет, каждый из которых перемещался в виртуальном мире, находясь внутри сканера. Испытуемые исследовали виртуальную среду — травянистое поле, окружённое горами, — в поисках шести «предметов», спрятанных на его просторах. Команда Ватансевера с помощью функциональной МРТ, отслеживающей кровоток в мозге, наблюдала за активностью мозга добровольцев, когда те исследовали знакомые и незнакомые участки этого мира.

Учёные сфокусировались на гиппокампе — области мозга, критически важной для памяти и навигации. Этот похожий на морского конька регион богат «клетками места», которые активируются в ответ на определённые локации. Предыдущие исследования показали, что в передней части гиппокампа находятся клетки, которые «срабатывают», когда мы думаем о местоположении в широком смысле (например, где находятся основные ориентиры в городе). А в задней части активируются клетки, связанные с конкретными точками, вроде того, в каком шкафу стоит коробка хлопьев.

Между «головой» и «хвостом» гиппокампа существует градиент активности, связывающий эти обобщённые и детальные представления о местах. Однако до сих пор никто не изучал организацию клеток, реагирующих на новизну или знакомство местности.

Команда Ватансевера обнаружила, что в передней части гиппокампа находятся клетки, которые активировались, когда участники находились на знакомых участках виртуального мира. Клетки в задней части реагировали на новые, неисследованные локации. И вся область была организована в виде плавного градиента — от «знакомого» к «новому».

«Можно было чётко увидеть этот сдвиг в уровне новизны по сравнению с узнаванием при движении от одного конца к другому», — отметил Ватансевер.

По словам Зиты Патай, когнитивного нейробиолога из Университетского колледжа Лондона, не участвовавшей в исследовании, предыдущие работы давали противоречивые результаты о том, какие именно зоны гиппокампа реагируют на новизну. «То, что они показывают, — это то, что [расхождение] может быть частично связано именно с градиентной природой этого явления», — прокомментировала она Live Science.

Другие области мозга также по-разному реагировали на новые и знакомые места. В коре — центре высшего мышления — учёные обнаружили конусообразный градиент активности. «В самом его центре находятся участки, которые „предпочитают“ знакомую обстановку. А по мере удаления от центра всё большая активность связана с новизной», — пояснил Ватансевер.

Команда также проверила, активируют ли знакомые и незнакомые локации разные нейронные сети — группы клеток, распределённые по мозгу и часто работающие синхронно. Знакомые места активировали сети, ранее связанные с моторным контролем и памятью, в то время как новые области «включали» сети, ассоциированные с концентрацией внимания и восприятием.

Такое разделение, по словам Ватансевера, может помогать мозгу адаптироваться к новой среде, фокусируясь и усваивая важные детали. Затем, в знакомой обстановке, в дело вступают память и моторный контроль, которые помогают нам ориентироваться.

Полученные данные могут объяснить некоторые из самых ранних признаков деменции. Как раз те клетки, что формируют градиенты в коре и гиппокампе, входят в число первых областей мозга, поражаемых при болезни Альцгеймера. Причём на ранних стадиях заболевания одинаково уязвимы как передняя, так и задняя части гиппокампа.

Луи Ренулт, когнитивный нейробиолог из Университета Восточной Англии, не участвовавший в работе, отметил, что это исследование наглядно демонстрирует тесную связь между навигацией и памятью. Области мозга, помогающие нам ориентироваться, также являются ключевыми для эпизодической памяти (памяти о конкретных событиях нашей жизни), которая особенно страдает на ранних стадиях Альцгеймера.

Более глубокое понимание того, как навигация кодируется в мозге, может выявить измеримые признаки самых ранних стадий деменции, когда способность ориентироваться только начинает ухудшаться.

«Если вы хотите поддерживать независимость человека, вы должны позволить ему ходить в новые места и осваивать новое, — сказала Зита Патай. — В этом смысле связь между пространственной новизной и памятью действительно интересна».

Это открытие открывает новые горизонты для диагностики и, потенциально, терапии. Нарушение плавного «градиента новизны» в гиппокампе может стать ранним биомаркером нейродегенеративных заболеваний, который можно будет выявлять с помощью нейровизуализации ещё до появления выраженных клинических симптомов. Кроме того, понимание этих механизмов поднимает вопрос о «тренировке» навигационных способностей.

Сознательное, регулярное освоение новых маршрутов и мест, будь то в реальном мире или с помощью специально разработанных VR-программ, может стать одним из методов когнитивного стимулирования для поддержания здоровья мозга и отсрочки возрастных изменений. Исследование напоминает нам, что стремление к новым открытиям и неизведанным дорогам — это не просто черта характера, но и фундаментальная, запрограммированная в нейронных структурах потребность нашего мозга, тесно переплетённая с самой сутью нашей памяти и личности.