Интеграция пути - Path integration

Эта статья о навигации по животным. Для математической техники см. Линейный интеграл.
Интегрирование пути суммирует векторы расстояния и направления, пройденного от начальной точки, чтобы оценить текущее положение, и, таким образом, путь обратно к началу.

Интеграция пути считается, что этот метод используется животными для счисление.

История

Чарльз Дарвин впервые постулировал инерционный навигация система у животных в 1873 г.[1] Исследования, начатые в середине 20-го века, подтвердили, что животные могут вернуться прямо в исходную точку, например, в гнездо, в отсутствие зрение и совершив окольный путь наружу. Это показывает, что они могут использовать подсказки для отслеживания расстояния и направления, чтобы оценить свое положение и, следовательно, путь домой. Этот процесс получил название интеграция пути чтобы охватить концепцию непрерывной интеграции сигналов движения во время путешествия. Манипуляции с инерционными сигналами подтвердили, что по крайней мере одно из этих движений (или идиотский ) cues - это информация из вестибулярные органы, которые обнаруживают движение в трех размеры. Другие сигналы, вероятно, включают проприоцепция (информация от мышц и суставов о положении конечностей), моторная эффективность (информация от двигательной системы, сообщающая остальной части мозга, какие движения были отданы команде и выполнены) и оптический поток (информация от зрительной системы, сигнализирующая о том, насколько быстро визуальный мир движется мимо глаз). Вместе эти источники информации могут сказать животному, в каком направлении оно движется, с какой скоростью и как долго. Кроме того, чувствительность к магнитному полю Земли для подземных животных (например, землекоп ) может дать интеграцию по путям.[2]

Механизм

Дальнейшая информация: Навигация по животным, Поместите ячейку, и Ячейка сетки

Исследования в членистоногие, особенно в Муравей пустыни Сахара (Катаглиф биколор), раскрывают существование высокоэффективных механизмов интеграции пути, которые зависят от определения направления (по поляризованному свету или положению солнца) и вычислений расстояния (с помощью мониторинга движения ног или оптического потока).[3]

Три важных открытия у млекопитающих пролили свет на эту проблему.

Во-первых, в начале 1970-х годов нейроны в образование гиппокампа, называется разместить клетки, реагируйте на положение животного.

Второй, в начале 1990-х годов, заключается в том, что нейроны в соседних регионах (включая передний таламус и пост-субикулум ), называется клетки направления головы, реагируйте на направление головы животного. Это позволяет более детально изучить интеграцию путей, поскольку можно манипулировать информацией о движении и видеть, как реагируют клетки направления и направления головы (гораздо более простая процедура, чем дрессировка животного, которая выполняется очень медленно).

Третье открытие заключалось в том, что нейроны дорсо-медиального энторинальная кора, который передает информацию местным клеткам в гиппокампе, срабатывают метрически регулярным образом по всей поверхности данной среды. Образцы активности этих ячейки сетки очень похоже на шестиугольник организованный лист миллиметровая бумага, и предложите возможную метрическую систему, в которой ячейки можно использовать для вычисления расстояний. Еще предстоит выяснить, вычисляют ли на самом деле места и ячейки сетки сигнал интегрирования пути, но существуют вычислительные модели, предполагающие, что это правдоподобно. Несомненно, повреждение мозга в этих областях, по-видимому, снижает способность животных к интеграции.

Дэвид Редиш утверждает, что «тщательно контролируемые эксперименты Mittelstaedt и Mittelstaedt (1980) и Etienne (1987) убедительно продемонстрировали, что эта способность [интеграция путей у млекопитающих] является следствием интеграции внутренних сигналов вестибулярных сигналов и моторной эфферентной копии».[4]

Использование мышей разместить клетки и ячейки сетки в мозг с гиппокамп регион для выполнения интеграции пути.[5]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Дарвин, Чарльз (24 апреля 1873 г.). «Происхождение некоторых инстинктов». Природа. 7 (179): 417–418. Дои:10.1038 / 007417a0. Полное собрание сочинений Чарльза Дарвина в Интернете. Происхождение некоторых инстинктов: полный текст и факсимиле Проверено 28 февраля 2012 г.
  2. ^ Тали Кимчи, Ариан С. Этьен и Джозеф Теркель, 2004 г. Подземное млекопитающее использует магнитный компас для интеграции пути. PNAS, 27 января, т. 101, нет. 4, 1105–1109.
  3. ^ Венер Р (2003). «Навигация по пустынным муравьям: как миниатюрные мозги решают сложные задачи» (PDF). Журнал сравнительной физиологии. 189 (8): 579–588. Дои:10.1007 / s00359-003-0431-1. PMID  12879352.
  4. ^ Redish, 1999. с67.
  5. ^ Мозер, Эдвард I .; Кропфф, Эмилио; Мозер, Мэй-Бритт (2008). «Клетки места, клетки сетки и система пространственного представления мозга». Ежегодный обзор нейробиологии. 31 (1): 69–89. Дои:10.1146 / annurev.neuro.31.061307.090723. PMID  18284371.

Библиография

  • Лучший PJ, Белый AM, Minai A (2001). «Пространственная обработка в головном мозге: активность клеток места гиппокампа». Анну Рев Neurosci. 24: 459–486. Дои:10.1146 / annurev.neuro.24.1.459. PMID  11283318.
  • Этьен А.С., Джеффри К.Дж. (2004). «Интеграция путей у млекопитающих» (PDF). Гиппокамп. 14 (2): 180–192. Дои:10.1002 / hipo.10173. PMID  15098724.
  • Макнотон Б.Л., Батталья Ф.П., Дженсен О., Мозер Е.И., Мозер МБ (2006). «Интеграция путей и нейронная основа« когнитивной карты »'". Nat Rev Neurosci. 7 (8): 663–678. Дои:10.1038 / nrn1932. PMID  16858394.
  • Красноватый, Давид (1999). За пределами когнитивной карты. MIT Press. PDF
  • Таубе Ж.С. (1998). «Клетки направления головы и нейрофизиологическая основа чувства направления». Прог Нейробиол. 55 (3): 225–256. Дои:10.1016 / S0301-0082 (98) 00004-5. PMID  9643555.