Исследования: мы воспринимаем пространство в соответствии с геометрией Лобачевского

Недавно в журнале Nature Neuroscience была опубликована статья, в которой ученые из института Солка (США) показали, что нейроны гиппокампа, отвечающие за пространственную навигацию, память и планирование, воспринимают пространство в соответствии с нелинейной гиперболической геометрией или геометрией Лобачевского. В ней трехмерное пространство экспоненциально расширяется наружу, другими словами, оно имеет форму песочных часов. Сразу отмечу, что исследования ученые проводили на крысах; результаты весьма любопытны и исследователи считают, что именно так воспринимает пространство человек.

Нейробиологи показали, что нейронные сети гиппокампа, ответственные за пространственное восприятие, изменяются не линейным образом, а в соответствии с гиперболической геометрией. То есть мы представляем пространство в форме расширяющихся песочных часов.

В повседневной жизни у нас может сложиться впечатление, что мы представляем пространство линейно. И маленьким детям, например, иногда кажется, что Луна находится гораздо ближе к ним, чем есть на самом деле, и что они могут дотронуться до нее, просто протянув руку. Однако ученые обнаружили, что количество времени, которое мы затрачиваем на изучение окружающей среды, приводит к тому, что наши нейронные представления изменяются нелинейно.

Построение иерархической организации ответов нейронов места, отражающее лежащую в основе гиперболическую геометрию.

a — показана модель диска Пуанкаре двумерной гиперболической геометрии для визуализации ее сходства с древовидной структурой. Каждая кривая представляет собой геодезическую линию между двумя соединенными точками, и все треугольники имеют одинаковый размер. б — иллюстрация построения иерархического представления свойств нейронного ответа. Древовидная структура не обязательно должна быть идеальной, чтобы обеспечить отображение на гиперболическую геометрию. Некоторые петли могут присутствовать (штриховые линии) из-за частичного перекрытия дисков нейронов из разных порядков в иерархии. c — размер поля места в зависимости от расположения 264 полей места из 63 предполагаемых пирамидальных клеток из дорсальной области CA1 крысы, бегущей по линейной дорожке длиной 48 м (рис. 3b ).и дополнительный рисунок 1 ) 20 . d —  гистограмма размеров поля мест, показанная на c . Серая линия показывает экспоненциальное соответствие максимальной вероятности. На вставке показан тот же график с логарифмической шкалой по оси Y. Прямая линия показывает линейную регрессию по методу наименьших квадратов.

При этом размеры пространства в нашем представлении увеличиваются в зависимости от времени, проведенным в каком-либо месте. А расширяется изученное пространство логарифмически, что соответствует максимально возможному увеличению информации, которое мы можем обработать.

В ходе исследований ученые использовали передовые вычислительные подходы. Они впервые применили гиперболическую геометрию, чтобы лучше объяснить восприятие биологических сигналов, например таких, как запахи. Теперь авторы показали, что геометрия Лобачевского также управляет нейронными реакциями, так как гиперболические карты сенсорных молекул и событий воспринимаются нейронами, которые в соответствии с ними формируют карту пространства.

Результаты исследования позволят лучше понять нейронную активность в различных отделах мозга. Кроме того, они важны для анализа данных о нейродегенеративных расстройствах, связанных с обучением и памятью — например, болезнью Альцгеймера.

_______________________________________________

✒️Подписывайтесь на наш Telegram канал «Гранит науки»
✒️Читайте нас на Яндекс Дзен

📩У нас есть страница на Facebook и Вконтакте
📩Журнал «Гранит Науки» в Тeletype
📩Отправить статью [email protected]
📩Написать редактору [email protected]