Neil Burgess: How your brain tells you where you are

Translator: Shahram Eatezadi Reviewer: soheila Jafari

When we park in a big parking lot,

موقعی که ما ماشینمونو در یک پارکینگ بزرگ پارک میکنیم

how do we remember where we parked our car?

چطور بیاد میاریم که ماشینمونو در کجا پارک کردیم؟

Here's the problem facing Homer.

این مشکلیه که هومرباهاش مواجه است.

And we're going to try to understand

وما میخواهیم بفهمیم که

what's happening in his brain.

درمغز او چه میگذره؟

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

خب ما با هیپوکمپ که برنگ زرد نشان داده شده شروع میکنیم

which is the organ of memory.

هیپوکمپ اندام حافظه است.

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

اگه دراین ناحیه دچار آسیب بشید مثل آلزابمر

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

شما نمیتونید چیزهایی شامل محل پارک کردن ماشینتونو بیاد بیارید

It's named after Latin for "seahorse,"

این بدنبال یک نام لاتینی بنام"اسب دریایی" نامیده شد

which it resembles.

که ازنظر شکل ظاهری شبیه اونه.

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

ومانند بقیه مغز از رشته های عصبی ساخته شده.

So the human brain

که مغز انسان

has about a hundred billion neurons in it.

حاوی حدودا یکصد میلیارد رشته عصبی در درونش است.

And the neurons communicate with each other

واین رشته های عصبی که از این پس اونها رو بنام نرون میشناسیم با هم درارتباط هستند.

by sending little pulses or spikes of electricity

با ارسال پالسهای کوچک یا جرقه های الکتریکی با یکدیگر در ارتباط مقابل هستیند.

via connections to each other.

با ارسال پالسهای کوچک یا جرقه های الکتریکی با یکدیگر در ارتباط مقابل هستیند.

The hippocampus is formed of two sheets of cells,

هیپوکمپ از دوصفحه سلول ساخته میشه

which are very densely interconnected.

که بسیار متراکم با هم درارتباطند.

And scientists have begun to understand

ودانشمندان شروع به فهمیدن

how spatial memory works

چگونگی کارکردن حافظه شکلی و مکانی کرده اند،

by recording from individual neurons

با ضبط کردن نورونهای منفرد

in rats or mice

درموشهای خرما یا موشهای خانگی

while they forage or explore an environment

در حالیکه بدنبال غذا یا اکتشاف محیط زیست هستند

looking for food.

در حالیکه بدنبال غذا یا اکتشاف محیط زیست هستند

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

خب تصورکنیم داریم از یک نورون این موش در ناحیه هیپم کامپ ضبط می کنم.

in the hippocampus of this rat here.

خب تصورکنیم داریم از یک نورون این موش در ناحیه هیپم کامپ ضبط می کنم.

And when it fires a little spike of electricity,

وزمانی که اون یک جرقه الکتریکی از خودش ساطع میکنه

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

قراره یک نقطه قرمزرنگ باشه و یک کلیک.

So what we see

درنتیجه آنچه که مامیبینیم

is that this neuron knows

اینه که این نورون

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

هرزمانی را که این موش به یک مکان بخصوص درمحیط زیستش رفته را میشناسد.

And it signals to the rest of the brain

وبا ارسال یک جرقه الکتریکی کوچک به بقیه مغز پیام میفرسته.

by sending a little electrical spike.

وبا ارسال یک جرقه الکتریکی کوچک به بقیه مغز پیام میفرسته.

So we could show the firing rate of that neuron

درنتیجه ما میتونیم سرعت خروج این پیامها از نورون

as a function of the animal's location.

رابعنوان یک عملکرد موقعیت حیوان نشان دهیم.

And if we record from lots of different neurons,

و اگه از بسیاری از نورونهای متفاوت این اطلاعاتو بدست بیاریم

we'll see that different neurons fire

میبینیم که نورونهای متفاوتی درحال ارسال اطلاعاتند درهنگامی که حیوان به نقاط مختلف محیط اطرافش میره

when the animal goes in different parts of its environment,

میبینیم که نورونهای متفاوتی درحال ارسال اطلاعاتند درهنگامی که حیوان به نقاط مختلف محیط اطرافش میره

like in this square box shown here.

مثل جعبه مربع شکلی که اینجا نشان داده شده.

So together they form a map

که به اتفاق هم یک نقشه را برای بقیه بخشهای مغز شکل میدهند

for the rest of the brain,

که به اتفاق هم یک نقشه را برای بقیه بخشهای مغز شکل میدهند

telling the brain continually,

ودائما دارن به مغز میگن

"Where am I now within my environment?"

" الان در کجای محیط اطرافم هستم ؟"

Place cells are also being recorded in humans.

سلولهای مکانی هم در حال ضبط شدن درانسانها هستند.

So epilepsy patients sometimes need

درنتیجه بیماران مبتلا به تشنج(صرع) گاهی اوقات

the electrical activity in their brain monitoring.

نیازمند فعالیت الکتریکی در راهبری مغزشان هستند.

And some of these patients played a video game

وبرخی از این بیماران در یک بازی ویدئویی بازی کردند

where they drive around a small town.

جایی که اونها دوروبریک شهر کوچک میگردند.

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

وسلولهای مکانی درهیپوکامپشون که آتش میکرد فعال میشه

start sending electrical impulses

و هرزمان که اونها بسمت اون مکان بخصوص در اون شهر میراندندُ اونها شروع به ارسال پالسهای الکتریکی میکنند

whenever they drove through a particular location in that town.

و هرزمان که اونها بسمت اون مکان بخصوص در اون شهر میراندندُ اونها شروع به ارسال پالسهای الکتریکی میکنند

So how does a place cell know

خب یک سلول مکانی چگونه

where the rat or person is within its environment?

میفهمه یک موش یا انسان در درون محیط اطرافش هست؟

Well these two cells here

خوب، این دوتاسلول اینجا هستند

show us that the boundaries of the environment

وبه ما مرزهای محیط اطرافمون را نشون میدن.

are particularly important.

خیلی با اهمیت و مهمند.

So the one on the top

اون یکی که در بالا قرار داره

likes to fire sort of midway between the walls

دوست داره که شلیک کنه بنوعی به میانه دیوارهای

of the box that their rat's in.

جعبه ای که موشها درونش هستند.

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

وزمانی که جعبه را بسط میدید مکان شلیک هم بسط پیدا میکنه.

The one below likes to fire

اونی که پایینه دوست داره شلیک کنه

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

هرزمانی که یک دیوار به جنوب نزدیک بشه.

And if you put another wall inside the box,

واگه شما یک دیوار دیگه داخل جعبه قراربدید

then the cell fires in both place

سلول درهر دومکان شلیک میکنه

wherever there's a wall to the south

هرجایی که دیواری بسمت جنوب وجودداشته باشه

as the animal explores around in its box.

همانطور که جانور دوروبر ودرون جعبه به اکتشاف میپردازه.

So this predicts

درنتیجه این پیشگوییها

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

که فواصل و جهات مرزها ی دوروبرشمارابراتون محسوس میکنه--

extended buildings and so on --

ساختمانهای امتداد یافته و نظایراون--

is particularly important for the hippocampus.

برای هیپوکمپ بطور ویژه ای مهمه.

And indeed, on the inputs to the hippocampus,

ودرواقع در ورودیهای به هیپوکامپ

cells are found which project into the hippocampus,

سلولهایی یافت میشن که به داخل هیپوکمپ وارد میشه و برنامه ریزی شده است.

which do respond exactly

که بطوردقیق به مرزهای جستجوگر و یا لبه ها در فواصل و جهات مشخص از محلی که موشها در حال جستجو هستند، پاسخ میدهد.

to detecting boundaries or edges

که بطوردقیق به مرزهای جستجوگر و یا لبه ها در فواصل و جهات مشخص از محلی که موشها در حال جستجو هستند، پاسخ میدهد.

at particular distances and directions

که بطوردقیق به مرزهای جستجوگر و یا لبه ها در فواصل و جهات مشخص از محلی که موشها در حال جستجو هستند، پاسخ میدهد.

from the rat or mouse

که بطوردقیق به مرزهای جستجوگر و یا لبه ها در فواصل و جهات مشخص از محلی که موشها در حال جستجو هستند، پاسخ میدهد.

as it's exploring around.

که بطوردقیق به مرزهای جستجوگر و یا لبه ها در فواصل و جهات مشخص از محلی که موشها در حال جستجو هستند، پاسخ میدهد.

So the cell on the left, you can see,

سلول سمت چپ که دارید میبینید

it fires whenever the animal gets near

شلیک میکنه هرزمان که جانور به دیوار یا مرزی که در سمت شرق واقع شده نزدیک میشود شلیک میکنه

to a wall or a boundary to the east,

شلیک میکنه هرزمان که جانور به دیوار یا مرزی که در سمت شرق واقع شده نزدیک میشود شلیک میکنه

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

خواه لبه باشه یا دیوار یک جعبه مکعب باشه

or the circular wall of the circular box

یا دیوار کروی یک جعبه مدور باشه

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

یا حتی در یک سقوط در کناره میز که جانورها دارند دورش میگردن.

And the cell on the right there

و سلول سمت راست

fires whenever there's a boundary to the south,

هرزمان که یک مرز بسمت جنوب باشه شلیک میکنه

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

خواه سقوط در در لبه این میز یا یک دیوار

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

یا حتی یک فاصله بین دو میز که دارند ازهم جدا میشن باشه

So that's one way in which we think

درنتیجه اون یک شیوه ایست که ما تفکرمیکنیم

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

سلولهای مکانی تمایز میدن کجا جانورداره پرسه میزنه.

We can also test where we think objects are,

همچنین میتونیم آزمایش کنیم که فکر میکنیم اشیاء در کجا هستند،

like this goal flag, in simple environments --

مثل پرچم هدف در محیط ساده--

or indeed, where your car would be.

یا درواقع ماشین شما کجامیتونه باشه.

So we can have people explore an environment

ما میتونیم مردمی را داشته باشیم که محیطی را کشف میکنند

and see the location they have to remember.

و مکانی را که مجبور به یاداوری باشند را ببینند.

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

وبعد اگر ما اونها را در محیط به عقب برگردانیم

generally they're quite good at putting a marker down

عموما اونها در اینکه یک نشانگر را پایین بگذارند خیلی خوبند

where they thought that flag or their car was.

جایی که اونها فکرکردند اون پرچم یا ماشینشون بوده.

But on some trials,

ولی دربرخی آزمایشات

we could change the shape and size of the environment

مامیتونیم اندازه و شکل محیط را عوض کنیم

like we did with the place cell.

مانند کاری را که با سلولهای مکانی کردیم.

In that case, we can see

دراین مورد میتونیم ببینیم

how where they think the flag had been changes

چگونه اونها فکرمیکنند که پرچم تغییرکرده

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

بعنوان یک عملکرد اینکه چگونه شما شکل و اندازه محیط را تغییر میدهید.

And what you see, for example,

وبعنوان مثال چیزی که میبینید

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

اگه اون پرچم جایی که اون تقاطع بود ، در یک محیط مربع مانند کوچک قرار داشت،

and then if you ask people where it was,

وبعد اگه شما ازمردم بپرسید اون کجا بود

but you've made the environment bigger,

ولی شما محیط رابزرگتر کرده اید

where they think the flag had been

جایی که اونها فکر میکنند اون پرچم

stretches out in exactly the same way

دقیقا بهمون طریق کشیده شده

that the place cell firing stretched out.

که سلولهای مکانی به بیرون کشیده شده ها شلیک میکنه

It's as if you remember where the flag was

این درصورتیه که بیاد بیارید اون پرچم کجابود

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

با نگهداری مدل شلیک کردن به سرتاسر سلولهای مکانی شما

at that location,

دراون مکان

and then you can get back to that location

وبعد شما میتونید به همون مکان برگردید

by moving around

با بدورچرخیدن

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

که بهترین حالت ممکن موجود در شلیک کردن سلولهای مکانی را انجام داده اید

with that stored pattern.

با اون مدل نگهداری شده.

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

اون شما را راهنمایی میکنه به مکانی که میخواهید بیاد بیاورید برگردید

But we also know where we are through movement.

ولی ما همچنین میدانیم درکجاما در مسیر حرکت هستیم

So if we take some outbound path --

درنتیجه اگر ما رهسپار مسیرشویم--

perhaps we park and we wander off --

شاید ما پارک کنیم و متعجب شویم--

we know because our own movements,

مامیدونیم چونکه حرکتهای خودمان

which we can integrate over this path

که میتونیم دراین مسیر متمایز کنیم

roughly what the heading direction is to go back.

تقریبا چیزی که جهت را نشان میده درپشت سرماست.

And place cells also get this kind of path integration input

وسلولهای مکانی ورودی اینچنین نوع از تمایز راه را میگیرند

from a kind of cell called a grid cell.

از یک نوع ازسلول بنام سلول مشبک.

Now grid cells are found, again,

اکنون سلولهای مشبک دوباره یافت میشن

on the inputs to the hippocampus,

در ورودیهای هیپوکمپ

and they're a bit like place cells.

و اونها کمی شبیه سلولهای مکانی هستند.

But now as the rat explores around,

ولی الان همانطور که موش دوروبرپرسه میزنه

each individual cell fires

هریک ازسلولهای منفرد شلیک میکنن

in a whole array of different locations

در یک دسته از مکانهای متفاوت

which are laid out across the environment

که در سراسر محیط پخش و بطور شگفت آوری به شکل یک شبکه منظم در میآیند.

in an amazingly regular triangular grid.

که در سراسر محیط پخش و بطور شگفت آوری به شکل یک شبکه منظم در میآیند.

And if you record from several grid cells --

واگه شما ازچندین سلول مشبک ضبط کنید-

shown here in different colors --

اینجا برنگهای متفاوت نشان داده شده است-

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

که هریک الگوی شبکه ای مانند شلیک درمحیط دارند

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

وهریک از این الگوهای شلیکی سلول کمی نسبت به سایر سلولها تغییر میکنه.

relative to the other cells.

وهریک از این الگوهای شلیکی سلول کمی نسبت به سایر سلولها تغییر میکنه.

So the red one fires on this grid

درنتیجه قرمز رنگها دراین شبکه ، وسبزرنگها دراین یکی وآبی ها رنگها در این شلیک میکنند.

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

درنتیجه قرمز رنگها دراین شبکه ، وسبزرنگها دراین یکی وآبی ها رنگها در این شلیک میکنند.

So together, it's as if the rat

درنتیجه باهم

can put a virtual grid of firing locations

اگه موش بتونه یک شبکه مجازی از مکانهای شلیک کننده در سراسر محیطش بگذاره --

across its environment --

اگه موش بتونه یک شبکه مجازی از مکانهای شلیک کننده در سراسر محیطش بگذاره --

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

کمی شبیه خطوط عرض و طول جغرافیایی که روی نقشه جغرافیایی می یابید است ولی از

but using triangles.

ولی مثلثی استفاده میشه.

And as it moves around,

وهمینطور که میگرده

the electrical activity can pass

فعالیت الکتریکی میتونه عبورکنه

from one of these cells to the next cell

ازسلولی به سلول دیگه عبورکنه

to keep track of where it is,

برای اینکه ردیابی کنه کجاست

so that it can use its own movements

بنابر این برای اینکه بفهمه کجای محیط قرارداره ، اون میتونه از حرکات خودشو استفاده کنه.

to know where it is in its environment.

بنابر این برای اینکه بفهمه کجای محیط قرارداره ، اون میتونه از حرکات خودشو استفاده کنه.

Do people have grid cells?

آیا مردم سلولهای مشبک دارن؟

Well because all of the grid-like firing patterns

خب بخاطراینکه همه الگوهای شلیک شبه مشبکی

have the same axes of symmetry,

محورهای تقارن یکسانی دارند

the same orientations of grid, shown in orange here,

جهت گیریهای شبکیه ای یکسان که اینجا برنگ نارنجی نشان داده میشه

it means that the net activity

بدین معناست که فعالیت شبکه

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

همه سلولهای شبکه ای در یک قسمت ویژه ازمغز

should change

باید تغییرکنند

according to whether we're running along these six directions

مطابق با اینکه آیا ما داریم در طول این شش جهت و یا به طول یکی از این شش جهت می دویم.

or running along one of the six directions in between.

یا بسوی یکی از این 6 جهات.

So we can put people in an MRI scanner

خب..مامیتونیم مردم را دریک اسکنر MRI قراردهیم

and have them do a little video game

و اونها را وادار کنیم که کمی بازی ویدئویی بازی کنند

like the one I showed you

مثل اونچه نشونتون دادم

and look for this signal.

و جستجوبرای این علامت.

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

ودرواقع شما اونو در قسمتی از قشر مغز زیاد میبینید

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

که همون قسمتی ازمغزه که شما سلولهای مشبک را در موش میبینید.

So back to Homer.

خب به هامر برگردیم.

He's probably remembering where his car was

او احتمالا داره بیاد میاره ماشینش کجا بود

in terms of the distances and directions

ازنظر فواصل و جهت ها

to extended buildings and boundaries

برای ساختمانهای امتداد یافته و مرزها

around the location where he parked.

دراطراف مکانی که او پارک کرده.

And that would be represented

و اون میتونه توسط شلیک سلولهای جستجوی مرزی نمایانگر بشه

by the firing of boundary-detecting cells.

و اون میتونه توسط شلیک سلولهای جستجوی مرزی نمایانگر بشه

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

او همچنین داره بیاد میاره مسیری را که از پارکینگ اومده

which would be represented in the firing of grid cells.

که میتونه در شلیک سلولهای مشبک نماینگرشود.

Now both of these kinds of cells

حالا هردوی این نوع سلولها

can make the place cells fire.

میتونند سلولهای مکانی را به شلیک وادارند.

And he can return to the location where he parked

واو میتونه به مکانی که ماشینشو پارک کرده برگرده

by moving so as to find where it is

با حرکت کردن بمنظور یافتن مکان اون

that best matches the firing pattern

که بهترین تطابق الگوی شلیک

of the place cells in his brain currently

از سلولهای مکانی حاضر در مغزش

with the stored pattern where he parked his car.

با الگوی نگهداری شده از محلی که ماشینشو پارک کرده.

And that guides him back to that location

واون راهنماییش میکنه که به اون مکان برگرده

irrespective of visual cues

بدون درنظرگرفتن سرنخهای بینایی

like whether his car's actually there.

مثل اینکه ماشینش واقعا اونجاست.

Maybe it's been towed.

شاید اون را بُرده شده باشه.

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

ولی او میدونه که اون کجابوده درنتیجه او میدونه که بره واونو بگیره.

So beyond spatial memory,

که درپس حافظه فضایی

if we look for this grid-like firing pattern

اگه ما بدنبال این الگوی شلیک شبه مشبک در کل مغز باشیم،

throughout the whole brain,

اگه ما بدنبال این الگوی شلیک شبه مشبک در کل مغز باشیم،

we see it in a whole series of locations

میبینیم که هنگامی که ما حافظه سرگذشت خودمونو بیاد میآوریم اغلب در یک سری کامل از مکانها فعالند.

which are always active

میبینیم که هنگامی که ما حافظه سرگذشت خودمونو بیاد میآوریم اغلب در یک سری کامل از مکانها فعالند.

when we do all kinds of autobiographical memory tasks,

میبینیم که هنگامی که ما حافظه سرگذشت خودمونو بیاد میآوریم اغلب در یک سری کامل از مکانها فعالند.

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

برای مثال ، مانند بیاد آوردن آخرین باری که به یک مراسم عروسی رفتید.

So it may be that the neural mechanisms

اون ممکنه مکانیسم عصبی باشه

for representing the space around us

برای نمایندگی فضای اطراف ما

are also used for generating visual imagery

که برای تولید تصاویر بصری نیز استفاده میشوند

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

که حداقل میتونیم صحنه فضا و مکان رویدادهایی که برامون اتفاق افتاده اند را در زمانی که میخواهیم اونها راتصورکنیم ، بازسازی کنیم.

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

که حداقل میتونیم صحنه فضا و مکان رویدادهایی که برامون اتفاق افتاده اند را در زمانی که میخواهیم اونها راتصورکنیم ، بازسازی کنیم.

So if this was happening,

درنتیجه اگه این اتفاق میفتاد

your memories could start by place cells activating each other

حافظه شما میتونست با فعال هریک از سلولهای مکانی شروع بشه

via these dense interconnections

درمقابل این روابط و تعاملات بسیار فشرده

and then reactivating boundary cells

و بعد بازفعال سازی سلولهای مرزی

to create the spatial structure

برای خلق ساختار فضایی

of the scene around your viewpoint.

صحنه دوروبر نقطه دیدتون

And grid cells could move this viewpoint through that space.

و سلولهای مشبک میتونن این نقطه دید را از میان اون فضا حرکت دهند.

Another kind of cell, head direction cells,

و نوع دیگری از سلوولها بنام سلولهای جهت دهند به جلو

which I didn't mention yet,

که من هنوز اسمی ازش نبردم

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

که مانندیک قطب نما شلیک میکنه با درنظرگرفتن اینکه شما به کدوم طرف میرید

They could define the viewing direction

آنها می توانند جهت نگاه را از جایی که شما می خواهید یک تصویر برای تصویرساز بصری خود بسازید، را تعریف کنند.

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

آنها می توانند جهت نگاه را از جایی که شما می خواهید یک تصویر برای تصویرساز بصری خود بسازید، را تعریف کنند.

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

آنها می توانند جهت نگاه را از جایی که شما می خواهید یک تصویر برای تصویرساز بصری خود بسازید، را تعریف کنند.

So this is just one example

که این فقط یک مثال است

of a new era really

از یک دوره جدید

in cognitive neuroscience

در علم اعصاب شناختی

where we're beginning to understand

جایی که فراگیری

psychological processes

پروسه های روانشناختی شروع کردیم

like how you remember or imagine or even think

مانند اینکه چطور بیاد میارید یا تصورمیکنید یا حتی فکرمیکنید

in terms of the actions

ازلحاظ کنشهای

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

میلیاردها نرونی که مغزمان را میسازند.

Thank you very much.

ازشما ممنونم

(Applause)

...تشویق حضار...