Учений колектив із університету Фудань у Шанхаї виявив у людському мозку «регулятор», який посилює активність під час дослідження нових місць, і це відкриття допомагає пояснити, чому дезорієнтація часто є однією з перших ознак деменції, зокрема хвороби Альцгеймера. Результати опубліковано 4 грудня в журналі Nature Communications; дослідники поєднали функціональне МРТ із віртуальною реальністю, щоб простежити, як мозок реагує на знайомі й незнайомі середовища.
Як проводили експеримент
Команда під керівництвом Деніза Ватансевера залучила 56 здорових добровольців віком від 20 до 37 років. Кожен учасник переміщувався в тривимірному віртуальному просторі – це був трав’янистий майданчик, оточений горами, в якому потрібно було знайти шість прихованих предметів. Під час навігації добровольців сканували за допомогою функціональної магнітно-резонансної томографії (фМРТ): цей метод відстежує кровообіг у мозку й дає приблизне уявлення про те, які ділянки активні в певний момент.
Що саме виявили
Дослідники сфокусувалися на гіпокампі – частині мозку, що має форму морського коника і відповідальна за пам’ять і навігацію. Усередині гіпокампа є так звані place cells, або клітини місця: вони «запалюються», коли людина перебуває в певному розташуванні або уявляє його. Раніші роботи вже показували, що одна ділянка гіпокампа кодує ширші орієнтири, а інша – тонкі локальні деталі. Але ніхто раніше не досліджував, як саме організовані клітини, що реагують на новизну або знайомство простору.
– Дослідники зафіксували градієнтну організацію: передній відділ гіпокампа (його «голова») більш реагував на знайомі місця, тоді як задній відділ (його «хвіст») сильніше активувався у відповідь на нові райони. Між цими кінцями була плавна зміна від переваги знайомості до переваги новизни.
– Окрім гіпокампа, різні ділянки кори також проявляли градієнтну реакцію. Деяка частина кори мала конусоподібну структуру активності: в її центрі переважали елементи, що віддавали перевагу знайомим просторам, а по краях – ті, що реагували на новизну.
Мережі, що вмикаються
Аналіз показав, що знайомі місця залучали мережі, пов’язані з моторною координацією і формуванням спогадів – саме ті системи, які допомагають «автоматично» орієнтуватися знайомими маршрутами. Натомість нові ділянки простору активували мережі, що відповідають за уважність і сприйняття – тобто мозок перемикається в режим збору інформації, щоб швидше накопичити деталі нового оточення.
Чому це важливо для розуміння деменції
Автори припускають, що виявлена градієнтна організація може пояснювати, чому в освітній стадії деяких форм деменції з’являються проблеми з орієнтацією. Уражені саме ті частини гіпокампа й кори, які першими «забруднюються» патологічними процесами при хворобі Альцгеймера – відтак здатність розрізняти знайоме й незнайоме середовище страждає найбільш очевидно.
Дослідники й зовнішні експерти наголошують, що навігація й епізодична пам’ять (тип пам’яті, який зберігає конкретні події й досвіди) тісно пов’язані. Коли системи, що кодують простір, страждають, це призводить не лише до поганої орієнтації, а й до втрат у здатності пригадувати недавні події. Саме цей зв’язок робить порушення навігації однією з ранніх поведінкових ознак, які лікарі помічають при початкових стадіях хвороби Альцгеймера.
Додаткові зауваги від фахівців
Зіта Патаї з University College London, яка не брала участі в дослідженні, відзначила: раніше результати про те, які саме області гіпокампа реагують на новизну або знайомість, були суперечливими. Нова робота свідчить, що протиріччя можуть пояснюватися тим, що реакція є плавною і рівномірно розподіленою уздовж відділів – тобто все залежить від того, яку саме ділянку досліджували попередні групи.
Луї Ренуль зі University of East Anglia, також не пов’язаний із проєктом, підкреслив, що стаття зміцнює уявлення про тісне переплетення навігації й пам’яті: структури, що спрямовують наше переміщення простором, дуже важливі для формування епізодичних спогадів.
Контекст і методологічні деталі
Fudan University – один із провідних дослідницьких університетів Китаю, розташований у Шанхаї; роботи його науковців часто охоплюють нейронауку, штучний інтелект і біомедицину. У цьому проєкті застосували віртуальну реальність насамперед для того, щоб відтворити контрольоване, але екологічно релевантне середовище: учасники фізично не переміщалися, але їхній мозок «відчував» проходження нових чи знайомих ділянок.
Функціональне МРТ (фМРТ) не вимірює електричну активність безпосередньо, а реєструє зміни кровотоку, які корелюють із нейронною активністю. Такий підхід дає добрий загальний огляд просторової організації активності великої кількості клітин, хоча не дозволяє бачити одиничні нейрони у часі з такою ж деталізованістю, як у дослідженнях на тваринах.
Що може означати далі
Керівник проєкту висловив думку, що глибше розуміння того, як мозок розрізняє нове й знайоме, може стати основою для розроблення ранніх діагностичних тестів, що виявлятимуть порушення у цих градієнтах. Якщо змінені патерни активації можна буде виміряти у спокійній лабораторній вправі або віртуальному тесті, це відкрило б простір для більш раннього виявлення деменції й для розробки втручань, спрямованих на збереження самостійності пацієнтів.
Про гіпокамп і place cells
Гіпокамп – еволюційно древня структура в медіальній частині скроневої частки мозку; він бере важливу участь у формуванні просторових карт і в закріпленні епізодичних спогадів. Place cells були вперше виявлені в дослідженнях на гризунах: певні нейрони починають активно працювати, коли тварина перебуває у визначеному місці середовища. У людей подібні механізми дозволяють нам орієнтуватися в місті, згадувати маршрути й розрізняти контексти, пов’язані з різними подіями життя.
Коротко про хворобу Альцгеймера
Хвороба Альцгеймера – найпоширеніша форма деменції, яка проявляється поступовим погіршенням пам’яті, мислення та навичок поведінки. На ранніх стадіях часто страждає епізодична пам’ять і здатність орієнтуватися в просторі; це пов’язано з накопиченням патологічних білків і поступовою дисфункцією нейрональних мереж у скроневих і тім’яних відділах мозку, включно з гіпокампом.
Це дослідження додає подробиць до карти того, як мозок представляє знайоме й незнайоме, і підкреслює важливість просторової навігації не лише як побутової вмілості, а й як інформативного маркера змін у роботі пам’яті та пізнання.
