Magyar kutatók tárták fel a szenzációs állati tájékozódás idegrendszeri hátterét

A politikusokat tényekkel kell szembesíteni. A tudomány tényeket gyárt. Segíts minél többet publikálni belőlük!

Ujfalussy Balázs, a Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet és Orbán Gergő, a Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársai az eLife folyóiratban a napokban megjelent tanulmánya szerint az egyedi navigáció során a rágcsálók idegrendszere nem csak rövidtávon képes előre jelezni az állat pozícióját, de az előrejelzés bizonytalanságát is meg tudja jeleníteni. A kutatók azt találták, hogy a bizonytalanság alapját képező különféle lehetőségek sorozatosan egymás után jelennek meg, és nagyjából 0.1 másodpercenként kiválasztódik egy új, lehetséges útvonal. 

„Navigálás során mozgásunk útvonalát úgy tervezzük meg, hogy döntéseinket az érzékelt környezet alapján újra és újra felülvizsgáljuk. Tervezés közben rengeteg különböző lehetőségből kell kiválasztanunk a számunkra pillanatnyilag leginkább kedvezőnek látszót, a való életben azonban nehéz előre megmondani, hogy melyik lehetőség kecsegtet biztos sikerrel. Hasonló a helyzet az állatvilágban is” – olvasható az Eötvös Loránd Kutatási Hálózat (ELKH) honlapján publikált közleményben.

Ujfalussy és Orbán tájékozódási feladatot teljesítő rágcsálókban vizsgálták az idegi aktivitás és a jövőbeli pozíciókra vonatkozó jóslatok bizonytalanságának kapcsolatát. Abból indultak ki, hogy a hippokampusz nevű agyterület egyes idegsejtjei, az úgynevezett helysejtek akkor válnak aktívvá, amikor az állat egy meghatározott helyre érkezik az adott környezeten belül. „A helysejtek szekvenciális aktivitása azonban nemcsak az állat mozgásával párhuzamosan rajzolja ki az állat útvonalát, és nem is mindig a valódi útvonalat mutatja. A helysejtek aktivitássorozata másodpercenként körülbelül tízszer újrakezdődik oly módon, hogy a szekvencia elején a pillanatnyi pozíciót kódolja, majd elindul előrefelé, megjósolva az állat lehetséges jövőbeli helyét. Korábbi megfigyelések alapján a helysejtek gyors szekvenciális aktivitásmintázatát úgy értelmezték, mint az állat saját mozgására vonatkozó jóslatának az alapját képező idegrendszeri folyamatot. Nem volt ismert azonban, hogy az egyes megjósolt lehetőségek mellett azok bizonytalanságát is megjeleníti-e az idegi aktivitás” – foglalja össze az ELKH közleménye.

A mostani tanulmányban a kutatók korábban már publikált adatokat elemeztek újra a bizonytalanság kódját keresve a navigáló állatok helysejtjeinek aktivitásában. Először azt feltételezték, hogy a jövőbeli pozíciók bizonytalansága oly módon tükröződik, hogy több lehetséges útvonal egyszerre jelenik meg a neurális aktivitásban. Ebben az esetben a bizonytalanság azonnal és közvetlenül kiolvasható lenne a pillanatnyi idegi aktivitásból. A megvizsgált kísérleti adatok azonban nem támasztották alá ezt a feltevést. A kutatási ismertető szerint a „mostani eredmények azt mutatják, hogy a jövőbeli bizonytalanságot az egyes théta-ciklusok során lejátszott útvonalak közötti variabilitás tükrözi, tehát minden ciklusban egy új lehetséges útvonalnak megfelelő helysejtek aktiválódnak. Érdekes módon az egymást követő théta-ciklusok során megfigyelt útvonalak nem függetlenek egymástól, hanem különböző irányokba mutatnak. Ez teszi lehetővé, hogy az állat viszonylag rövid idő alatt hatékonyan mintavételezze a rendelkezésére álló lehetőségek lehető legnagyobb részét”.

Tájékozódás közben a rágcsálók egy térképszerű mentális modell segítségével tudnak lehetséges útvonalakat „kipróbálni”. Ezen a képen egy szintvonalas domborzati térképre van ráhelyezve egy kísérleti patkány útvonala (fehér vonal) néhány lehetséges alternatív útvonallal együtt (zöld és narancs). Az agy minden pillanatban rengeteg lehetőségből (halvány színek) választ ki egyetlen hipotetikus útvonalat (élénk színek), amely megjelenik az idegi aktivitásban. A megjelenített útvonal nem feltétlenül az, amelyik a legjobban hasonlít az állat útjára. Az alternáló színek azt jelzik, hogy az egymást követően megjelenő útvonalak általában különböző irányban térnek el az állat valódi útvonalától.Fotó: Ujfalussy et al

A kutatók szerint eredményeik segíthetnek megérteni, hogy döntéshozatali helyzetekben az emberek miként képesek megbirkózni saját jóslataik bizonytalanságával. De hasznosakfontosak lehetnek olyan mérnököknek is, akik változó környezetben megbízhatóan működő, tervezésre is képes intelligens rendszereket fejlesztenek.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: