Neil Burgess: How your brain tells you where you are

المترجم: khalid marbou المدقّق: Mohamed Ghilan

When we park in a big parking lot,

حين نركن في موقف سيارات كبير،

how do we remember where we parked our car?

كيف نتذكر أين ركننا سيارتنا؟

Here's the problem facing Homer.

هذه المشكلة التي تواجه هومر.

And we're going to try to understand

وسوف نحاول فهم

what's happening in his brain.

ما الذي يحدث في دماغه.

So we'll start with the hippocampus, shown in yellow,

حسنا سنبدأ بالحُصين، الملون بالأصفر،

which is the organ of memory.

والذي هو العضو المسؤول عن الذاكرة.

If you have damage there, like in Alzheimer's,

إن كان لديكم ضرر هنا، مثلما في الزهايمر،

you can't remember things including where you parked your car.

لا يمكنكم تذكر أشياء بما في ذلك أين ركنتم سيارتكم.

It's named after Latin for "seahorse,"

وهو مسمى بذلك نسبة إلى المصطلح اللاتيني ل"فرس البحر"

which it resembles.

والذي يشبهه.

And like the rest of the brain, it's made of neurons.

ومثل بقية الدماغ، فإنه مكون من خلايا عصبية.

So the human brain

وبالتالي الدماغ البشري

has about a hundred billion neurons in it.

لديه حوالي 100 مليار خلية عصبية.

And the neurons communicate with each other

والخلايا العصبية تتواصل مع بعضها البعض

by sending little pulses or spikes of electricity

من خلال إرسال نبضات صغيرة أو تموجات كهربائية

via connections to each other.

من خلال الروابط لبعضها البعض.

The hippocampus is formed of two sheets of cells,

الحُصين مكون من صفيحتين من الخلايا،

which are very densely interconnected.

والتي هي مترابطة بكثافة.

And scientists have begun to understand

والعلماء بدؤوا يفهمون

how spatial memory works

كيف تشتغل الذاكرة الفضائية

by recording from individual neurons

من خلال تسجيل خلايا عصبية مفردة

in rats or mice

في الجرذان أو الفئران

while they forage or explore an environment

وهي تجمع المؤونة أو تستكشف المحيط

looking for food.

بحثا عن الطعام.

So we're going to imagine we're recording from a single neuron

حسنا سنقوم بتخيل أننا نسجل من خلية عصبية واحدة

in the hippocampus of this rat here.

في حُصين هذا الجرذ هنا.

And when it fires a little spike of electricity,

وحين تطلق تموجا من الكهرباء،

there's going to be a red dot and a click.

ستظهر نقطة حمراء وطقطقة.

So what we see

وبالتالي ما نراه

is that this neuron knows

هو أن تلك الخلية العصبية تعرف

whenever the rat has gone into one particular place in its environment.

كلما ذهب الجرذ إلى مكان معين من الفضاء.

And it signals to the rest of the brain

وترسل إشارة إلى باقي الدماغ

by sending a little electrical spike.

من خلال إرسال تموج كهربائي صغير.

So we could show the firing rate of that neuron

وبالتالي أمكننا عرض إطلاق الجرذ للخلية العصبية

as a function of the animal's location.

كدالة لمكان الحيوان.

And if we record from lots of different neurons,

وإن سجلنا الكثير من الخلايا العصبية المختلفة،

we'll see that different neurons fire

سوف نرى أن خلايا عصبية مختلفة تطلق (موجات)

when the animal goes in different parts of its environment,

حين يذهب الحيوان إلى أماكن من مختلفة من فضائه،

like in this square box shown here.

مثلا في هذا الصندوق المربع الذي يظهر هنا.

So together they form a map

وبالتالي (الخلايا) مجتمعة تشكل خريطة

for the rest of the brain,

لبقية الدماغ،

telling the brain continually,

تخبر الدماغ باستمرار،

"Where am I now within my environment?"

"أين أوجد الآن ضمن محيطي؟"

Place cells are also being recorded in humans.

خلايا الأماكن تُسجل حاليا كذلك عند البشر.

So epilepsy patients sometimes need

وهكذا يحتاج مرضى الصرع أحيانا

the electrical activity in their brain monitoring.

إلى أنشطة كهربائية في مراقبة أدمغتهم.

And some of these patients played a video game

وبعض هؤلاء المرضى لعبوا لعبة فيديو

where they drive around a small town.

حيث يقودون في أرجاء مدينة صغيرة.

And place cells in their hippocampi would fire, become active,

وخلايا الأمكنة في حصينهم تطلق (نبضات)، وتصبح نشطة،

start sending electrical impulses

تبدأ في إرسال نبضات كهربائية

whenever they drove through a particular location in that town.

كلما كانوا يقودون خلال مكان معين في تلك المدينة.

So how does a place cell know

وبالتالي كيف تعرف خلية مكانية

where the rat or person is within its environment?

أين يوجد الجرذ أو المرء في محيطه؟

Well these two cells here

حسنا، هاتين الخليتان هنا

show us that the boundaries of the environment

تظهران لنا أن حدود المحيط

are particularly important.

مهمة بشكل خاص.

So the one on the top

وبالتالي تلك في الأعلى

likes to fire sort of midway between the walls

يروق لها أن تطلق نوعا من الطريق الوسط بين الجدران

of the box that their rat's in.

من الصندوق الذي يوجد فيه الجرذ.

And when you expand the box, the firing location expands.

وحين توسع الصندوق، تتسع أماكن الإطلاق (الكهربائي)

The one below likes to fire

الذي في الأسفل يروق له الإطلاق

whenever there's a wall close by to the south.

كلما وجد جدار قريب من جهة الجنوب.

And if you put another wall inside the box,

وحين تضع جدارا آخر داخل الصندوق،

then the cell fires in both place

ثم تطلق الخلية في كلا المكانين

wherever there's a wall to the south

كلما وجد جدار في الجنوب

as the animal explores around in its box.

بالتزامن مع استكشاف الحيوان للصندوق.

So this predicts

وبالتالي هذا يتوقع

that sensing the distances and directions of boundaries around you --

أن تحسس مسافات واتجاهات الحدود حولنا --

extended buildings and so on --

المباني الممتدة وما إلى ذلك --

is particularly important for the hippocampus.

مهم بالخصوص بالنسبة للحصين.

And indeed, on the inputs to the hippocampus,

وفي الواقع، في مدخلات الحصين،

cells are found which project into the hippocampus,

تم إيجاد خلايا تقوم بالإسقاط على الحصين،

which do respond exactly

والذي يتجاوب تماما

to detecting boundaries or edges

مع الكشف عن الحدود والحواف

at particular distances and directions

على مسافات واتجاهات معينة

from the rat or mouse

من الجرذ أو الفأر

as it's exploring around.

وهو يكتشف ما حوله.

So the cell on the left, you can see,

وبالتالي فالخلية على اليسار، يمكن أن تروا،

it fires whenever the animal gets near

تطلق كلما اقترب الحيوان

to a wall or a boundary to the east,

من جدار أو حاجز في اتجاه الشرق

whether it's the edge or the wall of a square box

سواء كان حافة أو جدار لصندوق مربع

or the circular wall of the circular box

أو جدارا دائريا للصندوق الدائري

or even the drop at the edge of a table, which the animals are running around.

أو حتى المنخفض على حافة الطاولة، التي تجري حولها الحيوانات.

And the cell on the right there

والخلية على اليمين هناك

fires whenever there's a boundary to the south,

تطلق كلما وجد حد في الجنوب،

whether it's the drop at the edge of the table or a wall

سواء كان المنخفض على حافة الطاولة أو جدارا

or even the gap between two tables that are pulled apart.

أو حتى الفجوة بين الطاولتين المفروقتين عن بعضهما.

So that's one way in which we think

وبالتالي تلك هي الطريقة التي نعتقد أن

place cells determine where the animal is as it's exploring around.

الخلايا المكانية تستخدمها لتحديد أين يوجد الحيوان وهو يستكشف ما حوله.

We can also test where we think objects are,

يمكننا كذلك أن نفحص أين نعتقد أن الأشياء توجد،

like this goal flag, in simple environments --

مثل راية الهدف، في أوساط بسيطة --

or indeed, where your car would be.

أو في الواقع، أين قد توجد سيارتك.

So we can have people explore an environment

بحيث يمكننا أن نجعل الناس يستكشفون وسطا

and see the location they have to remember.

ونرى المكان الذي عليهم تذكره.

And then, if we put them back in the environment,

ومن ثم، إن وضعناهم مجددا في الوسط،

generally they're quite good at putting a marker down

هم على العموم يجيدون وضع العلامة

where they thought that flag or their car was.

حيث اعتقدوا أن الراية أو سيارتهم كانت.

But on some trials,

لكن في بعض التجارب،

we could change the shape and size of the environment

يمكن أن نغير شكل وحجم الوسط

like we did with the place cell.

كما فعلنا مع الخلية المكانية.

In that case, we can see

في تلك الحالة، يمكننا أن نرى

how where they think the flag had been changes

كيف تغير المكان الذي يعتقدون أن الراية وجدت فيه

as a function of how you change the shape and size of the environment.

كدالة لكيفية تغيير شكل وحجم الوسط.

And what you see, for example,

وما ترونه، على سبيل المثال،

if the flag was where that cross was in a small square environment,

إذا كانت الراية حيث كانت العلامة في وسط مربع صغير،

and then if you ask people where it was,

وثم حين تسأل الناس أين كانت،

but you've made the environment bigger,

لكنك جعلت الوسط أكبر،

where they think the flag had been

حيث يعتقدون أن الراية كانت

stretches out in exactly the same way

يتسع تماما بنفس الطريقة

that the place cell firing stretched out.

التي يتسع بها إطلاق الخلية المكانية.

It's as if you remember where the flag was

إنه كما لو أنك تتذكر أين كانت الراية

by storing the pattern of firing across all of your place cells

من خلال حفظ نمط الإطلاق على امتداد خلاياك المكانية

at that location,

في ذلك المكان،

and then you can get back to that location

وثم يمكنك العودة إلى ذلك المكان

by moving around

من خلال التحرك حول المكان

so that you best match the current pattern of firing of your place cells

بحيث تنطبق أكثر مع النمط الحالي لإطلاق خلاياك المكانية

with that stored pattern.

مع ذلك النمط المحفوظ.

That guides you back to the location that you want to remember.

وذلك يقودك رجوعا إلى المكان الذي تريد تذكره.

But we also know where we are through movement.

لكننا كذلك نعلم أين نحن على امتداد الحركة.

So if we take some outbound path --

وبالتالي إن سلكنا مسارا خارجيا --

perhaps we park and we wander off --

ربما نركن السيارة ونتجول --

we know because our own movements,

نعرف لأن حركاتنا،

which we can integrate over this path

والتي يمكن أن ندمجها على امتداد المسار

roughly what the heading direction is to go back.

تقريبا ما هو اتجاه طريق العودة.

And place cells also get this kind of path integration input

والخلايا المكانية تحصل كذلك على هذا النوع من المدخلات

from a kind of cell called a grid cell.

من نوع من الخلايا تدعى خلايا شبكية.

Now grid cells are found, again,

الآن الخلايا الشبكية يمكن إيجادها، مجددا،

on the inputs to the hippocampus,

في مدخلات الحصين،

and they're a bit like place cells.

وهي نوعا ما مثل الخلايا المكانية.

But now as the rat explores around,

لكن الآن والجرذ يستكشف ما حوله،

each individual cell fires

كل خلية مكانية مفردة تطلق

in a whole array of different locations

في نسق كامل من الأماكن المختلفة

which are laid out across the environment

الموضوعة على امتداد الوسط

in an amazingly regular triangular grid.

في شبكة مثلثية منتظمة بشكل مدهش.

And if you record from several grid cells --

وإن سجلت من عدة خلايا شبكية --

shown here in different colors --

معروضة هنا بألوان مختلفة --

each one has a grid-like firing pattern across the environment,

كل واحدة لديها نمط إطلاق شبه شبكي على امتداد الوسط،

and each cell's grid-like firing pattern is shifted slightly

وكل نمط إطلاق شبه شبكي للخلية يحول قليلا

relative to the other cells.

بالنسبة للخلايا الأخرى.

So the red one fires on this grid

وبالتالي الحمراء تطلق على هذه الشبكة

and the green one on this one and the blue on on this one.

والخضراء على هذه والزرقاء على هذه.

So together, it's as if the rat

وبالتالي مجتمعة، وكأن الجرذ

can put a virtual grid of firing locations

يمكنه وضع شبكة من أماكن إطلاق

across its environment --

على امتداد وسطه --

a bit like the latitude and longitude lines that you'd find on a map,

نوعا ما مثل خطوط الطول والعرض التي قد تجدها في خريطة،

but using triangles.

لكن باستخدام مثلثات.

And as it moves around,

وكما تتحرك حول المكان،

the electrical activity can pass

يمكن للأنشطة الكهربائية المرور

from one of these cells to the next cell

من إحدى هاته الخلايا للخلية للموالية

to keep track of where it is,

لتتبع أين توجد،

so that it can use its own movements

بحيث يمكنها استخدام حركاتها الخاصة

to know where it is in its environment.

لمعرفة أين توجد في وسطها.

Do people have grid cells?

هل يتوفر الناس على خلايا شبكية؟

Well because all of the grid-like firing patterns

حسنا بسبب أن كل أنماط الإطلاق الشبه شبكية

have the same axes of symmetry,

لديها نفس محاور التماثل،

the same orientations of grid, shown in orange here,

نفس توجه الشبكة، معروض باللون البرتقالي هنا،

it means that the net activity

يعني ذلك أن النشاط الصافي

of all of the grid cells in a particular part of the brain

لكل الخلايا الشبكية في جزء معين من الدماغ

should change

يجب أن يتغير

according to whether we're running along these six directions

حسب ما إذا كنا نجري على طول هذه الاتجاهات الستة

or running along one of the six directions in between.

أو نجري على طول واحدة من الاتجاهات الستة بينها.

So we can put people in an MRI scanner

بحيث يمكننا أن نضع الناس في جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي

and have them do a little video game

ونجعلهم يقومون بلعبة فيديو بسيطة

like the one I showed you

مثل التي أريتكم إياها

and look for this signal.

ونبحث عن الإشارة.

And indeed, you do see it in the human entorhinal cortex,

وبالفعل، فإنك تراها في القشرة الشمسية للإنسان،

which is the same part of the brain that you see grid cells in rats.

والذي هي نفس الجزء من الدماغ حيث ترى الخلايا الشبكية في الجرذان.

So back to Homer.

إذن لنعد إلى هومر.

He's probably remembering where his car was

هو على الأرجح يتذكر أين كانت سيارته

in terms of the distances and directions

من حيث المسافات والاتجاهات

to extended buildings and boundaries

للبنايات الممتدة والحدود

around the location where he parked.

حول المكان الذي ركن فيه سيارته.

And that would be represented

وهذا يمكن أن يتمثل

by the firing of boundary-detecting cells.

من خلال إطلاق خلايا استشعار الحدود.

He's also remembering the path he took out of the car park,

هو كذلك يتذكر المسار الذي سلكه خروجا من موقف السيارات،

which would be represented in the firing of grid cells.

والذي قد يتمثل في إطلاق الخلايا الشبكية.

Now both of these kinds of cells

الآن كلا نوعي الخلايا

can make the place cells fire.

يمكنه جعل الخلايا المكانية تطلق.

And he can return to the location where he parked

ويمكنه العودة إلى المكان الذي ركن فيه

by moving so as to find where it is

بالتحرك بحيث يجد أين

that best matches the firing pattern

يطابق أكثر نمط الإطلاق

of the place cells in his brain currently

للخلايا المكانية في دماغه حاليا

with the stored pattern where he parked his car.

مع النمط المحفوظ حيث ركن سيارته.

And that guides him back to that location

وهذا يقوده رجوعا إلى ذلك المكان

irrespective of visual cues

بغض النظر عن الإشارات البصرية

like whether his car's actually there.

مثل ما إذا كانت سيارته توجد بالفعل هناك.

Maybe it's been towed.

ربما قد تم قطرها.

But he knows where it was, so he knows to go and get it.

لكنه يعرف أين كانت، وبالتالي يعرف أن يذهب ويأخذها.

So beyond spatial memory,

وبالتالي ما وراء الذاكرة الفضائية،

if we look for this grid-like firing pattern

إن بحثنا عن نمط الإطلاق هذا الشبه شبكي

throughout the whole brain,

في جميع أرجاء الدماغ،

we see it in a whole series of locations

نراه في سلسلة كاملة من الأماكن

which are always active

والتي هي دائما نشطة

when we do all kinds of autobiographical memory tasks,

حين نقوم بكل أنواع مهام السيرة الذاتية في الذاكرة،

like remembering the last time you went to a wedding, for example.

مثل تذكر آخر مرة ذهبت إلى عرس، على سبيل المثال،

So it may be that the neural mechanisms

وبالتالي ربما الآليات العصبية

for representing the space around us

لعرض الفضاء من حولنا

are also used for generating visual imagery

تستخدم كذلك في توليد صور مرئية

so that we can recreate the spatial scene, at least,

بحيث يمكننا إعادة إنشاء المشهد المكاني، على الأقل،

of the events that have happened to us when we want to imagine them.

للأحداث التي وقعت لنا حين نريد تخيلها.

So if this was happening,

وبالتالي إن كان هذا يحدث،

your memories could start by place cells activating each other

ذكرياتكم قد تبدأ من خلال تفعيل الخلايا المكانية لبعضها البعض

via these dense interconnections

من خلال هذه الروابط الكثيفة

and then reactivating boundary cells

ثم إعادة تفعيل الخلايا الحدودية

to create the spatial structure

لإنشاء البنية الفضائية

of the scene around your viewpoint.

للمشهد حول مرآك.

And grid cells could move this viewpoint through that space.

والخلايا الشبكية تستطيع تحريك هذا المرآى على امتداد ذلك الفضاء.

Another kind of cell, head direction cells,

نوع آخر من الخلايا، خلايا الاتجاه،

which I didn't mention yet,

والتي لم أذكرها بعد،

they fire like a compass according to which way you're facing.

تطلق مثل بوصلة حسب الطريق الذي تواجهه.

They could define the viewing direction

تستطيع تعريف اتجاه النظر

from which you want to generate an image for your visual imagery,

الذي تريد من خلاله توليد صورة للصور المرئية،

so you can imagine what happened when you were at this wedding, for example.

بحيث يمكنك تخيل ما حدث حين كنت في هذا العرس، على سبيل المثال،

So this is just one example

وبالتالي هذا مثال واحد فقط

of a new era really

لعصر جديد بالفعل

in cognitive neuroscience

في علم الأعصاب الإدراكي

where we're beginning to understand

حيث نبدأ في استيعاب

psychological processes

العمليات النفسية

like how you remember or imagine or even think

مثل كيف تتذكر أو تتخيل أو حتى تفكر

in terms of the actions

من حيث أفعال

of the billions of individual neurons that make up our brains.

ملايير الخلايا العصبية المفردة التي تشكل أدمغتنا.

Thank you very much.

شكرا جزيلا لكم.

(Applause)

(تصفيق)