Abigél, Alex, Apollónia2023. február 09., csütörtök
Tudomány

Az ELKH kutatói felfedezték, hogy az állatok is többféle lehetőséget vesznek figyelembe tájékozódás közben (X)

2022.12.15.NG
National Geographic Magyarország

Az ELKH kutatóhálózathoz tartozó Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet (KOKI) és Wigner Fizikai Kutatóközpont (Wigner FK) kutatói felfedezték, hogy tájékozódás közben a rágcsálók idegrendszere nemcsak az állat pozícióját képes rövid távon előrejelezni, hanem az előrejelzés bizonytalanságát is meg tudja jeleníteni. Ujfalussy Balázs és Orbán Gergő azt találta, hogy a bizonytalanság alapját képező különféle lehetséges útvonalak szekvenciálisan, nagyjából 0,1 másodpercenként jelennek meg az idegi aktivitásban. Az eLife című rangos nemzetközi szakfolyóiratban publikált eredmények fontosak lehetnek olyan mérnököknek, akik változó környezetben is megbízhatóan működő, tervezésre is képes intelligens rendszereket fejlesztenek. A tanulmány emellett segíthet megérteni, hogy döntéshozatali helyzetekben miként vagyunk képesek megbirkózni jóslataink bizonytalanságával.

Forrás: ELKH

 

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. A halfarkas például a küszvágó csér után eredve próbálja kikényszeríteni, hogy az eldobja a zsákmányát, amelyet így meg tud szerezni (1. ábra).

1. ábra: Halfarkas üldöz egy küszvágó csért
Forrás: Ujfalussy Ferenc

A szélsebes hajsza közben a másodperc töredékével lemaradó halfarkasnak a küszvágó csér irányváltásaira úgy kell reagálnia, hogy mind az érzékelés, mind az irányváltáshoz nélkülözhetetlen mozgások vezérlése és végrehajtása is időt vesz igénybe. A küldetés lehetetlennek tűnik, hacsak a halfarkas nem képes modellezni a küszvágó csér mozgását, és fel tudja mérni a valószínűsíthető repülési irányokat, ezzel előre felkészülve a lehetséges irányváltásokra is. Ilyen, többféle lehetőséget egyszerre számba vevő mentális modell segítségével más, hasonló komplexitású feladatokat is hatékonyan végre lehet hajtani. Ám az, hogy ehhez a feladathoz az idegsejtek miképpen járulhatnak hozzá, eddig nem volt ismert.

A mostani tanulmányban a szerzők tájékozódási feladatot teljesítő rágcsálókban azt vizsgálták, hogy az idegi aktivitás milyen kapcsolatban van a jövőbeli pozíciókra vonatkozó jóslatok bizonytalanságával. Régóta ismert, hogy a hippokampusz elnevezésű agyterület egyes idegsejtjei, az úgynevezett helysejtek akkor válnak aktívvá, amikor az állat egy meghatározott helyre érkezik az adott környezeten belül (2. ábra).

 

2. ábra: Hippokampális helysejtek szekvenciális aktivitása mint a lehetséges útvonalak idegi reprezentációja. Az adott környezetet kódoló helysejtek (alul, a helymezők ellipszisekkel ábrázolva) a théta-oszcilláció (fekete vonal középen) egyes periódusaiban egymás után lesznek aktívak (középen a színes vonalak a sejtek tüzelését jelzik). A szekvenciális idegi aktivitást értelmezhetjük úgy, hogy a sejtek egy lehetséges útvonalat kódolnak minden egyes théta-ciklusban (fent). Az útvonalak a múltból indulnak, ahol az állat bizonytalansága a helyét illetően csekély, és a jövőbe vezetnek, ahol a bizonytalanság megnő.
Forrás: ELKH

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.

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 mostani eredmények ezzel szemben 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 (3. ábra).

3. ábra: 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.
Forrás: ELKH

Ezek fontos eredmények lehetnek olyan mérnököknek, akik változó környezetben is megbízhatóan működő, tervezésre is képes intelligens rendszereket fejlesztenek. Ha az emberi agyban is hasonló folyamatok zajlanak, a tanulmány segíthet megérteni, hogy döntéshozatali helyzetekben miként vagyunk képesek megbirkózni a jóslataink bizonytalanságával.

Publikáció:
Balázs Ujfalussy, Gergő Orbán (2022). Sampling motion trajectories during hippocampal theta sequences. eLife. Doi: 10.7554/eLife.74058

 

A soknyelvűség és az agyunk

A soknyelvűség és az agyunk

Az emberek elsöprő többsége csak egy-két nyelvet tanul meg élete során, kivételes emberek azonban 5 vagy akár 10 nyelvvel is kiválóan boldogulnak.

Az éghajlat és Amerika benépesítése

Az éghajlat és Amerika benépesítése

Amerika őslakóinak érkezését illetően nagyban eltérnek a vélemények mind az időt, mind a módszert illetően.

Növényvédő szerek és a fogyatkozó madarak kapcsolata

Növényvédő szerek és a fogyatkozó madarak kapcsolata

A brit kertekben a növényvédő szerek használatának jelentős része van abban, hogy csökken az énekesmadarak száma.

Minden eddiginél eredményesebben tudják felvenni a harcot a vírusokkal

Minden eddiginél eredményesebben tudják felvenni a harcot a vírusokkal

Hatalmas áttörést értek el hazai kutatók a koronavírus-kutatás tekintetében: soha nem volt ennyire pontos a vírusok által kiváltott immunválasz mérése.

Így lehet kívülről megvizsgálni egy atomreaktor belsejét

Így lehet kívülről megvizsgálni egy atomreaktor belsejét

Számos területen alkalmazhatók a müondetektorok arra a célra, hogy valamely átlátszatlan objektum mélyére pillantsunk, az egyiptomi piramisoktól kezdve a vulkánokig.

National Geographic 2023. januári címlap

Előfizetés

A nyomtatott magazinra,
12 hónapra

12 990 Ft

Korábbi számok

National Geographic 2010. januári címlapNational Geographic 2010. februári címlapNational Geographic 2010. márciusi címlapNational Geographic 2010. áprilisi címlapNational Geographic 2010. májusi címlapNational Geographic 2010. júniusi címlapNational Geographic 2010. júliusi címlapNational Geographic 2010. augusztusi címlapNational Geographic 2010. szeptemberi címlapNational Geographic 2010. októberi címlapNational Geographic 2010. novemberi címlapNational Geographic 2010. decemberi címlapNational Geographic 2011. januári címlapNational Geographic 2011. februári címlapNational Geographic 2011. márciusi címlapNational Geographic 2011. áprilisi címlapNational Geographic 2011. májusi címlapNational Geographic 2011. júniusi címlapNational Geographic 2011. júliusi címlapNational Geographic 2011. augusztusi címlapNational Geographic 2011. szeptemberi címlapNational Geographic 2011. októberi címlapNational Geographic 2011. novemberi címlapNational Geographic 2011. decemberi címlapNational Geographic 2012. januári címlapNational Geographic 2012. februári címlapNational Geographic 2012. márciusi címlapNational Geographic 2012. áprilisi címlapNational Geographic 2012. májusi címlapNational Geographic 2012. júniusi címlapNational Geographic 2012. júliusi címlapNational Geographic 2012. augusztusi címlapNational Geographic 2012. szeptemberi címlapNational Geographic 2012. októberi címlapNational Geographic 2012. novemberi címlapNational Geographic 2012. decemberi címlapNational Geographic 2013. januári címlapNational Geographic 2013. februári címlapNational Geographic 2013. márciusi címlapNational Geographic 2013. áprilisi címlapNational Geographic 2013. májusi címlapNational Geographic 2013. júniusi címlapNational Geographic 2013. júliusi címlapNational Geographic 2013. augusztusi címlapNational Geographic 2013. szeptemberi címlapNational Geographic 2013. októberi címlapNational Geographic 2013. novemberi címlapNational Geographic 2013. decemberi címlapNational Geographic 2014. januári címlapNational Geographic 2014. februári címlapNational Geographic 2014. márciusi címlapNational Geographic 2014. áprilisi címlapNational Geographic 2014. májusi címlapNational Geographic 2014. júniusi címlapNational Geographic 2014. júliusi címlapNational Geographic 2014. augusztusi címlapNational Geographic 2014. szeptemberi címlapNational Geographic 2014. októberi címlapNational Geographic 2014. novemberi címlapNational Geographic 2014. decemberi címlapNational Geographic 2015. januári címlapNational Geographic 2015. februári címlapNational Geographic 2015. márciusi címlapNational Geographic 2015. áprilisi címlapNational Geographic 2015. májusi címlapNational Geographic 2015. júniusi címlapNational Geographic 2015. júliusi címlapNational Geographic 2015. augusztusi címlapNational Geographic 2015. szeptemberi címlapNational Geographic 2015. októberi címlapNational Geographic 2015. novemberi címlapNational Geographic 2015. decemberi címlapNational Geographic 2016. januári címlapNational Geographic 2016. februári címlapNational Geographic 2016. márciusi címlapNational Geographic 2016. áprilisi címlapNational Geographic 2016. májusi címlapNational Geographic 2016. júniusi címlapNational Geographic 2016. júliusi címlapNational Geographic 2016. augusztusi címlapNational Geographic 2016. szeptemberi címlapNational Geographic 2016. októberi címlapNational Geographic 2016. novemberi címlapNational Geographic 2016. decemberi címlapNational Geographic 2017. januári címlapNational Geographic 2017. februári címlapNational Geographic 2017. márciusi címlapNational Geographic 2017. áprilisi címlapNational Geographic 2017. májusi címlapNational Geographic 2017. júniusi címlapNational Geographic 2017. júliusi címlapNational Geographic 2017. augusztusi címlapNational Geographic 2017. szeptemberi címlapNational Geographic 2017. októberi címlapNational Geographic 2017. novemberi címlapNational Geographic 2017. decemberi címlapNational Geographic 2018. januári címlapNational Geographic 2018. februári címlapNational Geographic 2018. márciusi címlapNational Geographic 2018. áprilisi címlapNational Geographic 2018. májusi címlapNational Geographic 2018. júniusi címlapNational Geographic 2018. júliusi címlapNational Geographic 2018. augusztusi címlapNational Geographic 2018. szeptemberi címlapNational Geographic 2018. októberi címlapNational Geographic 2018. novemberi címlapNational Geographic 2018. decemberi címlapNational Geographic 2019. januári címlapNational Geographic 2019. februári címlapNational Geographic 2019. márciusi címlapNational Geographic 2019. áprilisi címlapNational Geographic 2019. májusi címlapNational Geographic 2019. júniusi címlapNational Geographic 2019. júliusi címlapNational Geographic 2019. augusztusi címlapNational Geographic 2019. szeptemberi címlapNational Geographic 2019. októberi címlapNational Geographic 2019. novemberi címlapNational Geographic 2019. decemberi címlapNational Geographic 2020. januári címlapNational Geographic 2020. februári címlapNational Geographic 2020. márciusi címlapNational Geographic 2020. áprilisi címlapNational Geographic 2020. májusi címlapNational Geographic 2020. júniusi címlapNational Geographic 2020. júliusi címlapNational Geographic 2020. augusztusi címlapNational Geographic 2020. szeptemberi címlapNational Geographic 2020. októberi címlapNational Geographic 2020. novemberi címlapNational Geographic 2020. decemberi címlapNational Geographic 2021. januári címlapNational Geographic 2021. februári címlapNational Geographic 2021. márciusi címlapNational Geographic 2021. áprilisi címlapNational Geographic 2021. májusi címlapNational Geographic 2021. júniusi címlapNational Geographic 2021. júliusi címlapNational Geographic 2021. augusztusi címlapNational Geographic 2021. szeptemberi címlapNational Geographic 2021. októberi címlapNational Geographic 2021. novemberi címlapNational Geographic 2021. decemberi címlapNational Geographic 2022. januári címlapNational Geographic 2022. februári címlapNational Geographic 2022. márciusi címlapNational Geographic 2022. áprilisi címlapNational Geographic 2022. májusi címlapNational Geographic 2022. júniusi címlapNational Geographic 2022. júliusi címlapNational Geographic 2022. augusztusi címlapNational Geographic 2022. szeptemberi címlapNational Geographic 2022. októberi címlapNational Geographic 2022. novemberi címlapNational Geographic 2022. decemberi címlapNational Geographic 2023. januári címlap

Hírlevél feliratkozás

Kérjük, erősítsd meg a feliratkozásod az e-mailben kapott linkre kattintva!

Kövess minket