Η ζωή στο Matrix απαιτεί λιγότερη εγκεφαλική δύναμη

Αν ήσασταν ένας αρουραίος που ζούσε σε έναν εντελώς εικονικό κόσμο όπως στην ταινία The Matrix , μπορείς να πεις? Ίσως όχι, αλλά οι επιστήμονες που μελετούν τον εγκέφαλό σας μπορεί να το κάνουν. Σήμερα, οι ερευνητές αναφέρουν ότι ορισμένα κύτταρα στον εγκέφαλο των αρουραίων λειτουργούν διαφορετικά όταν τα ζώα βρίσκονται σε εικονική πραγματικότητα από ό,τι όταν βρίσκονται στον πραγματικό κόσμο.

Οι εν λόγω νευρώνες είναι γνωστοί ως κύτταρα τόπου, τα οποία πυροδοτούνται ως απόκριση σε συγκεκριμένες φυσικές τοποθεσίες στον έξω κόσμο και βρίσκονται στον ιππόκαμπο, το τμήμα του εγκεφάλου που είναι υπεύθυνο για τη χωρική πλοήγηση και τη μνήμη. Καθώς βγαίνετε από το σπίτι σας κάθε μέρα, το ίδιο σημείο πυροδοτείται κάθε φορά που φτάνετε στον θάμνο που βρίσκεται δύο βήματα μακριά από την πόρτα σας. Πυροδοτεί ξανά όταν φτάσετε στο ίδιο σημείο στο δρόμο της επιστροφής στο σπίτι, παρόλο που ταξιδεύετε προς την αντίθετη κατεύθυνση. Οι επιστήμονες υποπτεύονται εδώ και καιρό ότι αυτά τα κύτταρα του τόπου βοηθούν τον εγκέφαλο να δημιουργήσει έναν χάρτη του κόσμου γύρω μας. Αλλά πώς ξέρουν οι κυψέλες του τόπου πότε να πυροβολήσουν εξαρχής;

Προηγούμενη έρευνα έδειξε ότι τα κύτταρα βασίζονται σε τρία διαφορετικά είδη πληροφοριών. Πρώτον, αναλύουν τα «οπτικά στοιχεία», ή αυτό που βλέπετε όταν κοιτάτε τριγύρω. Έπειτα, υπάρχουν αυτά που οι ερευνητές αποκαλούν «αυτοκινούμενα σημάδια». Αυτές οι ενδείξεις προέρχονται από το πώς κινείται το σώμα σας στο διάστημα και είναι ο λόγος για τον οποίο μπορείτε ακόμα να βρίσκεστε σε ένα δωμάτιο με τα φώτα σβηστά. Ο τελικός τύπος πληροφοριών είναι οι "εγγύς ενδείξεις", οι οποίες περιλαμβάνουν οτιδήποτε άλλο σχετικά με το περιβάλλον στο οποίο βρίσκεστε. Η μυρωδιά ενός αρτοποιείου στο δρόμο σας για τη δουλειά, οι ήχοι ενός δρόμου που έχει μποτιλιαριστεί και η ελαστική υφή του γρασιδιού σε ένα πάρκο είναι όλα εγγύς στοιχεία.

Στον πραγματικό κόσμο, είναι εξαιρετικά δύσκολο να πειράξεις την επιρροή κάθε είδους υπόδειξης. Αλλά σε ένα περιβάλλον εικονικής πραγματικότητας, οι επιστήμονες είναι σε θέση να ελέγχουν τα είδη των διαθέσιμων πληροφοριών. Σε αυτό το τελευταίο πείραμα, οι αρουραίοι αγκυροβολημένοι στην κορυφή μιας μπάλας έτρεξαν στη θέση τους καθώς οι εικόνες που έμοιαζαν με ταινία γύρω τους άλλαζαν, δημιουργώντας την εντύπωση ότι έτρεχαν κατά μήκος μιας διαδρομής. Η αίσθηση του τόπου τους βασιζόταν σε οπτικές ενδείξεις από τις προβολές και τα συνθήματα αυτοκίνησης τους, αλλά έπρεπε να κάνουν χωρίς εγγύς στοιχεία όπως ο ήχος και η όσφρηση.

Όταν ο Mayank Mehta, ένας νευροφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια (UC), στο Λος Άντζελες, συνέκρινε τη δραστηριότητα των κυττάρων τόπου σε αρουραίους που τρέχουν κατά μήκος μιας πραγματικής, γραμμικής διαδρομής με τη δραστηριότητα των κυττάρων τόπου στους αρουραίους που τρέχουν στην εικονική πραγματικότητα, είδε μερικές εκπληκτικές διαφορές . Στον πραγματικό κόσμο, περίπου το 45% των κελιών των αρουραίων πυροβόλησαν σε κάποιο σημείο κατά μήκος της διαδρομής. Στην εικονική πραγματικότητα, μόνο το 22% το έκανε. «Οι μισοί από τους νευρώνες απλά σώπασαν», λέει.

Επιπλέον, οι κυψέλες του τόπου φαινόταν να έχουν πολύ διαφορετική σχέση με το διάστημα στην εικονική πραγματικότητα από ό,τι στον πραγματικό κόσμο. Θυμάστε εκείνο το κελί που πυροδοτείται όταν έχετε κάνει δύο βήματα μακριά από την πόρτα σας καθώς βγαίνετε από το σπίτι σας; Σε μια πραγματική πίστα, η εκδοχή του αρουραίου αυτού του νευρώνα θα εκτοξευόταν όταν είχε απομακρυνθεί δύο βήματα από την αρχή και μετά ξανά όταν το ζώο έφτανε στο ίδιο σημείο στο ταξίδι της επιστροφής του. Αλλά στην εικονική πραγματικότητα συνέβη κάτι περίεργο. Αντί να πυροβολήσουν για δεύτερη φορά όταν ο αρουραίος έφτασε στο ίδιο σημείο στο ταξίδι της επιστροφής, τα κύτταρα πυροβόλησαν όταν ο αρουραίος βρισκόταν δύο βήματα μακριά από το αντίθετο άκρο της διαδρομής, αναφέρουν οι συγγραφείς στο διαδίκτυο σήμερα στο Science . Είναι σαν το ίδιο κύτταρο στον εγκέφαλό σας να πυροδοτεί όταν έχετε πάρει δύο βήματα μακριά από την πόρτα σας και μετά όταν έχετε κάνει δύο βήματα μακριά από το αυτοκίνητό σας. Αντί να κωδικοποιεί μια θέση στον απόλυτο χώρο, το κελί του τόπου φαίνεται να παρακολουθεί τη σχετική απόσταση του αρουραίου κατά μήκος της (εικονικής) διαδρομής. Ο Mehta το αποκαλεί "disto-code" και λέει, "Αυτό δεν συμβαίνει ποτέ στον πραγματικό κόσμο".

Ο Mehta υποψιάζεται ότι αυτές οι διαφορές στη δραστηριότητα των κυττάρων του τόπου σχετίζονται με την έλλειψη εγγύς ενδείξεων της εικονικής πραγματικότητας. Ίσως, υποθέτει, οι νευρώνες που κλείνουν στην εικονική πραγματικότητα είναι αυτοί που είναι υπεύθυνοι για τη λήψη μυρωδιών, ήχων και υφών και τη μετατροπή τους σε πληροφορίες σχετικά με το πού βρίσκεται ο αρουραίος στο διάστημα. Και λαμβάνοντας υπόψη ότι όταν αυτά τα σημάδια εξαφανίζονται, ο γνωστικός χάρτης του αρουραίου φαίνεται να αλλάζει από έναν που βασίζεται στον απόλυτο χώρο σε έναν με βάση τη σχετική απόσταση, τα εγγύς συνθήματα μπορεί να είναι το βασικό συστατικό για το πώς λειτουργούν αυτοί οι νοητικοί χάρτες στον πραγματικό κόσμο. «Μόλις υπάρχουν εγγύς συνθήματα, έχουν δικαίωμα βέτο», εξηγεί η Mehta. «Δεν αφήνουν τον disto-code να προκύψει».

Ο Λόρεν Φρανκ, ένας νευροεπιστήμονας στο UC του Σαν Φρανσίσκο που δεν συμμετείχε στην έρευνα, είναι εντυπωσιασμένος με το πείραμα του Mehta και τι υπονοεί σχετικά με την ευελιξία του συστήματος χαρτογράφησης του ιππόκαμπου. Αλλά προειδοποιεί ότι η επιρροή των εγγύς ενδείξεων έναντι των οπτικών ενδείξεων μπορεί να είναι πολύ διαφορετική σε αρουραίους και ανθρώπους. «Έχουμε την τάση να υποθέτουμε ότι άλλοι οργανισμοί επεξεργάζονται τον κόσμο με τον ίδιο τρόπο που κάνουμε εμείς», λέει. Αλλά σε αντίθεση με τους ανθρώπους, «οι αρουραίοι δεν βλέπουν τρομερά καλά». Αντίθετα, βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στην όσφρηση και την αφή. Έτσι, η αφαίρεση των εγγύς ενδείξεων μπορεί να τους επηρεάσει πιο δραματικά από ό,τι στους ανθρώπους.

Ο Daniel Dombeck, νευροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο Northwestern στο Evanston του Ιλινόις, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα, συμφωνεί ότι η νέα μελέτη είναι "υποδηλωτική" ότι η έλλειψη εγγύς ενδείξεων είναι υπεύθυνη για πολλές από τις διαφορές στον εγκέφαλο των αρουραίων στην εικονική πραγματικότητα. . "Αλλά πιστεύω ότι θα υπάρξει συζήτηση σχετικά με αυτό. Η μελλοντική εργασία θα πρέπει να εντοπίσει ακριβώς ποιες είναι οι διαφορές [μεταξύ εικονικής πραγματικότητας και πραγματικού κόσμου]." Ως συνάδελφος ερευνητής εικονικής πραγματικότητας (σχεδιάζει το Matrix- σαν κόσμοι για ποντίκια), ο Dombeck είναι ιδιαίτερα ενθουσιασμένος με αυτό που δείχνει η δουλειά του Mehta σχετικά με τον τρόπο βελτίωσης τέτοιων προσομοιώσεων. «Είναι μια πραγματικά ευπρόσδεκτη προσθήκη στο αναπτυσσόμενο πεδίο της εικονικής πραγματικότητας των τρωκτικών».