Luglio 15, 2024

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Come il cervello mappa i ricordi senza movimento

Come il cervello mappa i ricordi senza movimento

riepilogo: Le mappe mentali si attivano nel cervello quando si pensa a sequenze di esperienze, anche senza movimento fisico. In uno studio sugli animali hanno scoperto che la corteccia entorinale contiene una mappa cognitiva delle esperienze, che viene attivata durante la simulazione mentale.

Questo è il primo studio a mostrare le basi cellulari della simulazione mentale nel dominio non spaziale. I risultati potrebbero migliorare la nostra comprensione della funzione cerebrale e della formazione della memoria.

Aspetti principali:

  1. Le mappe mentali vengono create e attivate senza la necessità di movimento fisico.
  2. La corteccia entorinale contiene le mappe cognitive delle esperienze.
  3. Questo studio fornisce informazioni sulle basi cellulari della simulazione mentale.

fonte: Istituto di Tecnologia del Massachussetts

Mentre percorri il tuo percorso abituale per andare al lavoro o a fare la spesa, il tuo cervello interagisce con le mappe cognitive memorizzate nell’ippocampo e nella corteccia entorinale. Queste mappe memorizzano informazioni sui percorsi che hai seguito e sui luoghi che hai visitato in precedenza, così puoi orientarti quando ci vai.

Una nuova ricerca del MIT ha scoperto che tali mappe mentali vengono create e attivate anche quando si pensa solo a sequenze di esperienze, in assenza di qualsiasi movimento fisico o input sensoriale.

In uno studio sugli animali, i ricercatori hanno scoperto che la corteccia entorinale contiene una mappa cognitiva di ciò che gli animali sperimentano mentre utilizzano un joystick per scorrere una serie di immagini. Queste mappe cognitive si attivano poi quando si pensa a queste sequenze, anche quando le immagini non sono visibili.

Questo è il primo studio a dimostrare le basi cellulari della simulazione mentale e dell’immaginazione in un dominio non spaziale attraverso l’attivazione della mappa cognitiva nella corteccia entorinale.

“Queste mappe cognitive vengono utilizzate per eseguire la navigazione mentale, senza alcun input sensoriale o output motorio. Siamo in grado di vedere la firma di questa mappa”, afferma Mehrdad Jazayeri, professore associato di scienze cognitive e del cervello, membro del McGovern Institute for del MIT. Brain Research e autore principale. Si manifesta mentre l’animale attraversa mentalmente queste esperienze.

Sujaya Neupane, ricercatrice presso il McGovern Institute, è l’autrice principale dell’articolo, che apparirà in natura. Ella Vitti, professoressa di scienze del cervello e cognitive al MIT, membro del McGovern Institute for Brain Research del MIT e direttrice del K. Anche Lisa Yang della Integrative Computational Neuroscience è un’autrice dell’articolo.

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Mappe mentali

Una grande mole di lavoro su modelli animali e umani ha dimostrato che le rappresentazioni delle posizioni fisiche sono immagazzinate nell’ippocampo, una piccola struttura a forma di cavalluccio marino, e nella vicina corteccia entorinale. Queste rappresentazioni si attivano quando l’animale si muove attraverso uno spazio in cui è già stato, immediatamente prima di attraversarlo, oppure quando dorme.

“La maggior parte degli studi precedenti si erano concentrati su come queste regioni riflettono le strutture e i dettagli dell’ambiente mentre l’animale si muove fisicamente nello spazio”, afferma Jazayeri.

“Quando un animale si muove in una stanza, le sue esperienze sensoriali sono ben codificate dall’attività dei neuroni nell’ippocampo e nella corteccia entorinale.”

Nel nuovo studio, Jazayeri e i suoi colleghi volevano esplorare se queste mappe cognitive vengono costruite e poi utilizzate anche durante processi puramente mentali o immaginando il movimento attraverso domini non spaziali.

Per esplorare questa possibilità, i ricercatori hanno addestrato gli animali a utilizzare un joystick per tracciare un percorso attraverso una serie di immagini (“punti di riferimento”) distanziate a intervalli regolari. Durante l’addestramento, agli animali veniva mostrata solo una parte delle coppie di immagini, ma non tutte le coppie. Una volta che gli animali hanno imparato a spostarsi tra le coppie di addestramento, i ricercatori hanno testato se gli animali fossero in grado di gestire nuove coppie che non avevano mai visto prima.

Una possibilità è che gli animali non imparino la mappa cognitiva della sequenza e risolvano invece il compito utilizzando una strategia di memorizzazione. Se è così, ci si aspetta che abbiano difficoltà con le nuove coppie. Se invece gli animali si basassero su una mappa cognitiva, dovrebbero essere in grado di generalizzare la loro conoscenza a nuove coppie.

“I risultati sono stati chiari e inequivocabili”, afferma Jazayeri. “Gli animali sono stati in grado di navigare mentalmente tra nuove coppie di immagini sin dalla prima volta che sono stati testati. Questa scoperta ha fornito una forte prova comportamentale dell’esistenza di una mappa cognitiva”.

Per rispondere a questa domanda, i ricercatori hanno registrato singoli neuroni nella corteccia entorinale mentre gli animali svolgevano questo compito.

Le risposte neurali avevano una caratteristica sorprendente: quando gli animali utilizzavano un joystick per spostarsi tra due punti di riferimento, i neuroni mostravano picchi distinti di attività associati alla rappresentazione mentale dei punti di riferimento sovrapposti.

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“Il cervello sperimenta questi picchi di attività nel momento previsto in cui le immagini sovrapposte passano davanti agli occhi dell’animale, cosa che non accade mai”, dice Jazayeri.

“E il tempo tra questi dossi, soprattutto, era esattamente il tempo a cui l’animale si aspettava di arrivare, che in questo caso era di 0,65 secondi.”

I ricercatori hanno anche dimostrato che la velocità della simulazione mentale era correlata alla prestazione degli animali nel compito: quando erano leggermente in ritardo o in anticipo nel completare il compito, la loro attività cerebrale mostrava un cambiamento simile nei tempi.

I ricercatori hanno anche trovato prove che le rappresentazioni mentali nella corteccia entorinale non codificano caratteristiche visive specifiche delle immagini, ma piuttosto la disposizione ordinale delle caratteristiche.

Modello per l’apprendimento

Per esplorare ulteriormente il funzionamento di queste mappe cognitive, i ricercatori hanno costruito un modello computazionale per imitare l’attività cerebrale trovata e mostrare come è stata generata.

Hanno utilizzato un tipo di modello noto come modello di attrazione persistente, originariamente sviluppato per modellare il modo in cui la corteccia entorinale traccia la posizione di un animale mentre si muove, in base agli input sensoriali.

I ricercatori hanno personalizzato il modello aggiungendo un componente in grado di apprendere modelli di attività generati da input sensoriali. Questo modello è stato quindi in grado di imparare a utilizzare questi modelli per ricostruire quelle esperienze in un secondo momento, quando non c’erano input sensoriali.

“L’elemento chiave che dovevamo aggiungere è che questo sistema ha la capacità di apprendere in modo bidirezionale comunicando con input sensoriali. Attraverso l’apprendimento associativo attraverso il modello, ricreerà effettivamente quelle esperienze sensoriali”, afferma Jazayeri.

I ricercatori ora intendono studiare cosa succede nel cervello se i punti di riferimento non sono equidistanti o se sono disposti ad anello. Sperano anche di registrare l’attività cerebrale nell’ippocampo e nella corteccia entorinale quando gli animali imparano per la prima volta a svolgere un compito di navigazione.

“Vedere la memoria di una struttura cristallizzarsi nella mente e come ciò porta all’attività neurale che ne deriva, è un modo davvero prezioso per chiedersi come avviene l’apprendimento”, afferma Jazayeri.

Finanziamento: La ricerca è stata finanziata dal Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, dai Quebec Research Funds, dal National Institutes of Health e dal Paul and Lily Newton Brain Science Award.

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A proposito di queste notizie sulla ricerca sulla memoria

autore: Abby Appazorius
fonte: Istituto di Tecnologia del Massachussetts
comunicazione: Abby Apazourius – Massachusetts Institute of Technology
immagine: Immagine accreditata a Neuroscience News

Ricerca originale: Accesso chiuso.
Produzione di vettori tramite navigazione mentale nella corteccia entorinale“Di Mehrdad Jazayeri e altri. natura


un sommario

Produzione di vettori tramite navigazione mentale nella corteccia entorinale

Una mappa cognitiva è una rappresentazione opportunamente organizzata che consente di effettuare nuovi calcoli utilizzando l’esperienza precedente; Ad esempio, pianificando un nuovo percorso in un luogo familiare. Il lavoro sui mammiferi ha trovato prove dirette di tali rappresentazioni in presenza di input sensoriali esterni sia nei domini spaziali che non spaziali.

Qui abbiamo testato l’ipotesi fondamentale della teoria originale delle mappe cognitive: che le mappe cognitive supportano calcoli interni senza input esterni.

Abbiamo registrato dalla corteccia entorinale delle scimmie in un compito di navigazione mentale che richiedeva alle scimmie di utilizzare un joystick per produrre vettori unidimensionali tra coppie di punti di riferimento visivi senza vedere i punti di riferimento intermedi.

La capacità delle scimmie di eseguire il compito e di generalizzare a nuove coppie suggerisce che si affidassero a una rappresentazione organizzata dei punti di riferimento. I neuroni modulati dal compito hanno mostrato periodicità e pendenza coerenti con la struttura temporale dei punti di riferimento e hanno mostrato firme di reti di attrattori persistenti.

Il modello di rete continua di attrattori di integrazione del percorso aumentato con un meccanismo di apprendimento simile a quello di un hippie ha fornito una spiegazione di come il sistema ricorda i punti di riferimento internamente.

Il modello ha anche fatto una previsione inaspettata secondo cui i punti di riferimento interni rallentano temporaneamente l’integrazione del percorso, ripristinando la dinamica e riducendo così la variabilità. Questa previsione è stata confermata in una rianalisi della variabilità e del comportamento della velocità di fuoco.

I nostri risultati collegano modelli di attività organizzati nella corteccia entorinale al reclutamento endogeno della mappa cognitiva durante la navigazione mentale.