Neil Burgess: How your brain tells you where you are

Fordító: Peter Szombati Lektor: Anna Patai

When we park in a big parking lot,

Amikor megállunk egy nagy parkolóban,

how do we remember where we parked our car?

honnan tudjuk, pontosan hol van az autónk?

Here's the problem facing Homer.

Homer is ezzel a problémával szembesül.

And we're going to try to understand

És most megnézzük,

what's happening in his brain.

mi is történik az agyában.

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

Kezdjük a hippokampusznál, a képen sárgával jelölve.

which is the organ of memory.

Ez az emlékezet szerve.

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

Ha az agynak ez a része megsérül, mint az Alzheimer-kór

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

esetében, akkor képtelenné válunk emlékezni bizonyos dolgokra, többek között arra is, hogy hol a kocsink.

It's named after Latin for "seahorse,"

Latinul a szó tengeri csikót jelent,

which it resembles.

és hasonlít is rá.

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

Neuronokból épül fel, csakúgy, mint az agy többi része.

So the human brain

Tehát az emberi agy

has about a hundred billion neurons in it.

körülbelül százmilliárd neuronból áll.

And the neurons communicate with each other

És ezek a neuronok elektromos impulzusokat küldenek

by sending little pulses or spikes of electricity

az egymást összekötő idegrostokon keresztül,

via connections to each other.

így kommunikálva egymással.

The hippocampus is formed of two sheets of cells,

A hippokampusz két sejtrétegből áll,

which are very densely interconnected.

amelyek nagyon sűrűn kapcsolódnak.

And scientists have begun to understand

A tudósok mostanában kezdték megérteni,

how spatial memory works

hogy működik a helyismereti emlékezet,

by recording from individual neurons

úgy, hogy egyes neuronok aktivitását mérték

in rats or mice

patkányokban és egerekben,

while they forage or explore an environment

amikor az állatok felmérnek és felfedeznek egy környezetet

looking for food.

élelmet keresve.

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

Most képzeljük azt, hogy figyeljük egy neuron aktivitását

in the hippocampus of this rat here.

ennek a patkánynak a hippokampuszában,

And when it fires a little spike of electricity,

és amikor egy kis elektromos kisülést hoz létre,

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

azt egy vörös pöttyel és egy kattanással jelezzük.

So what we see

Amint az jól látszik,

is that this neuron knows

a neuron tudja,

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

amikor a patkány egy bizonyos helyre ér,

And it signals to the rest of the brain

és jelez az agy többi részének

by sending a little electrical spike.

a már említett elektromos impulzussal.

So we could show the firing rate of that neuron

Most láthatjuk a neuron kisülési sebességét

as a function of the animal's location.

az állat helyzetének függvényében.

And if we record from lots of different neurons,

Ha sok különböző neuron aktivitását mérjük,

we'll see that different neurons fire

láthatjuk, hogy más neuronok sülnek ki,

when the animal goes in different parts of its environment,

amikor az állat más helyre ér a környezetében,

like in this square box shown here.

mint ahogy ebben a négyzetben látszik is.

So together they form a map

Összességében egy térképet formálnak,

for the rest of the brain,

az agy többi részének,

telling the brain continually,

és folyamatosan tájékoztatják az agyat arról,

"Where am I now within my environment?"

"Hol vagyok most a környezetemben?"

Place cells are also being recorded in humans.

E "helysejtek" aktivitását embereknél is mérték.

So epilepsy patients sometimes need

Epilepsziásoknál néha mérik az agy

the electrical activity in their brain monitoring.

elektromos aktivitását.

And some of these patients played a video game

Néhányuk videojátékot játszott,

where they drive around a small town.

amelyben egy kisvárosban kellett közlekedniük.

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

A helysejtek a hippokampuszukban aktivizálódnak, kisülnek,

start sending electrical impulses

elektromos impulzusokat küldenek,

whenever they drove through a particular location in that town.

amikor egy bizonyos helyre érnek a városban.

So how does a place cell know

Honnan tudja egy helysejt,

where the rat or person is within its environment?

hol van a patkány vagy az ember a környezetében?

Well these two cells here

Ha ezt a két sejtet nézzük,

show us that the boundaries of the environment

akkor láthatjuk, hogy a tér határai

are particularly important.

kiemelt fontosságúak.

So the one on the top

A fölső sejt akkor sül ki,

likes to fire sort of midway between the walls

amikor körülbelül a két fal közé ér

of the box that their rat's in.

a patkány a dobozban.

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

Ha kibővítjük a helyet a dobozban, akkor a kisülési hely is bővül.

The one below likes to fire

Az alsó sejt akkor sül ki,

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

amikor déli irányban egy fal közeledik.

And if you put another wall inside the box,

Ha még egy falat berakunk a dobozba,

then the cell fires in both place

a sejt mindkét helyen kisül,

wherever there's a wall to the south

mindig, amikor déli irányban falat észlel

as the animal explores around in its box.

a patkány a dobozban.

So this predicts

Azt a következtetést vonhatjuk le,

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

hogy a távolságok, irányok és határok érzékelése

extended buildings and so on --

a minket körülvevő térben

is particularly important for the hippocampus.

kiemelten fontos a hippokampusz számára.

And indeed, on the inputs to the hippocampus,

A hippokampusz bemeneteinél

cells are found which project into the hippocampus,

olyan sejteket találunk, amelyek a hippokampusznak szolgáltatnak információt,

which do respond exactly

és ezen sejtek pontosan

to detecting boundaries or edges

a határokat, és a széleket érzékelik

at particular distances and directions

bizonyos távolságokban és irányokban,

from the rat or mouse

ahogy a patkány vagy az egér

as it's exploring around.

felméri környezetét.

So the cell on the left, you can see,

A baloldali sejt tehát, ahogy látják

it fires whenever the animal gets near

kisül, amikor az állat közel kerül

to a wall or a boundary to the east,

egy falhoz vagy határvonalhoz keleti irányban,

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

legyen az egy szél vagy négyzet alakú doboz fala,

or the circular wall of the circular box

egy kör alakú doboz fala,

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

vagy akár egy asztal szélén a mélység.

And the cell on the right there

A jobboldali sejt pedig

fires whenever there's a boundary to the south,

kisül, amikor határvonal található déli irányban,

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

akár az asztal széléről, akár falról beszélünk,

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

de kiváltja a reakciót a rés két asztal között, amelyeket kicsit elhúztunk egymás mellől.

So that's one way in which we think

Ez tehát az egyik része a mechanizmusnak,

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

amiről a tudósok úgy gondolják, a helysejtek használnak az állat helyzetének meghatározására.

We can also test where we think objects are,

Azt is letesztelhetjük, hogy bizonyos tárgyakat hogyan találhatunk meg,

like this goal flag, in simple environments --

mint például ezt a zászlót egyszerű környezetben,

or indeed, where your car would be.

vagy bizony azt, hol is van a kocsink.

So we can have people explore an environment

Tehát van egy környezetünk, amiben emberek vándorolnak,

and see the location they have to remember.

és látják azt a helyet, amire emlékezniük kell.

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

És ha visszahelyezzük őket a környezetbe,

generally they're quite good at putting a marker down

általában elég nagy pontossággal tudnak letenni egy jelzést arra a helyre,

where they thought that flag or their car was.

ahol emlékeik szerint látták a zászlót vagy az autójukat.

But on some trials,

Néhány próba során

we could change the shape and size of the environment

megváltoztattuk a környezet méretét és alakját,

like we did with the place cell.

ahogy azt a helysejtek esetében is tettük.

In that case, we can see

Ezekben az esetekben azt látjuk,

how where they think the flag had been changes

hogy az emlékeikben található hely, ahol a zászló volt, megváltozik,

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

a környezet méretének és alakjának változásával arányosan.

And what you see, for example,

Például, ha a zászló

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

annak a kis keresztnek a helyén volt, abban a kis négyzet alakú környezetben,

and then if you ask people where it was,

aztán megkérdezzük az alanyokat, hol volt,

but you've made the environment bigger,

de a környezetet közben felnagyítjuk,

where they think the flag had been

akkor a hely, ahová a zászlót helyezik,

stretches out in exactly the same way

pontosan úgy helyeződik át,

that the place cell firing stretched out.

mint ahová a helysejt kisülése helyeződött át.

It's as if you remember where the flag was

Mintha úgy emlékeznénk a zászló helyére,

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

hogy eltároljuk a helysejtek kisülési mintázatait

at that location,

az adott helyen,

and then you can get back to that location

aztán úgy találunk vissza arra a helyre,

by moving around

hogy sétálgatunk,

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

és megnézzük, hogy a helysejtek jelenlegi kisülési mintázata hol hasonlít legjobban

with that stored pattern.

az eltárolt mintázathoz.

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

Ez vezet vissza arra a helyre, amire emlékezni szeretnénk.

But we also know where we are through movement.

De a mozgás is segít abban, hogy megtudjuk, hol vagyunk.

So if we take some outbound path --

Tehát ha egy kivezető útvonalat választunk,

perhaps we park and we wander off --

mondjuk leparkoltunk és eltávolodunk a kocsitól,

we know because our own movements,

akkor a mozdulataink alapján,

which we can integrate over this path

amiket rá tudunk helyezni erre az útvonalra,

roughly what the heading direction is to go back.

emlékszünk, nagyjából merre tudunk visszajutni.

And place cells also get this kind of path integration input

A helysejtek kapnak útvonalintegrációs adatokat

from a kind of cell called a grid cell.

más sejtektől, amelyeket '"rácssejteknek" neveztek el.

Now grid cells are found, again,

A rácssejtek szintén a hippokampusz

on the inputs to the hippocampus,

bemeneti csatornáin találhatóak,

and they're a bit like place cells.

és hasonlítanak egy kicsit a helysejtekre.

But now as the rat explores around,

De ahogy a patkány feltárja környezetét,

each individual cell fires

a rácssejtek mindegyike

in a whole array of different locations

egy egész sor kisülést produkál más-más helyeken

which are laid out across the environment

amelyek a környezetet teljesen átfogják,

in an amazingly regular triangular grid.

egy gyönyörűen szabályos háromszöges rácshálózatba.

And if you record from several grid cells --

És ha egyszerre több rácssejt aktivitását mérjük,

shown here in different colors --

és különböző színekkel jelöljük,

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

mindegyikük a környezetet átfogó rácsszerű kisülési mintázatot produkál,

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

és minden sejt rácsszerű kisülési mintázata egy kicsit el van tolódva

relative to the other cells.

a többi sejt mintázatához képest.

So the red one fires on this grid

A vörös tehát ezen a rácson sül ki,

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

a zöld azon, a kék pedig ezen,

So together, it's as if the rat

összevetve tehát a patkány

can put a virtual grid of firing locations

képes a környezetére rávetíteni egy virtuális rácsot,

across its environment --

ami mutatja a kisüléseket,

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

hasonlóan a szélességi és hosszúsági vonalakhoz, amik térképeken találhatók,

but using triangles.

csak háromszögekkel.

And as it moves around,

Ahogy járkál,

the electrical activity can pass

az elektromos aktivitás átkerül

from one of these cells to the next cell

egyik sejtről a másikra,

to keep track of where it is,

hogy kövesse, merre is jár

so that it can use its own movements

így tudja felhasználni saját mozgását is arra,

to know where it is in its environment.

hogy megállapítsa, mi a jelenlegi helyzete.

Do people have grid cells?

Vannak az embereknek rácssejtjeik?

Well because all of the grid-like firing patterns

Mivel az összes rácsszerű kisülési mintázatnak

have the same axes of symmetry,

ugyanaz a szimmetriatengelye,

the same orientations of grid, shown in orange here,

ugyanúgy orientálódnak, ahogy az narancssárgával látszik is itt,

it means that the net activity

ezért a rácssejtek aktivitása

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

az agy egy bizonyos részében

should change

megváltozik

according to whether we're running along these six directions

annak függvényében, hogy éppen e hat irány egyikében mozgunk,

or running along one of the six directions in between.

vagy egy olyan irányban, ami e hat irány között található.

So we can put people in an MRI scanner

Tehát egy MRI-készülékkel mérhetjük az agyi aktivitást,

and have them do a little video game

miközben emberek játszanak egy olyan játékkal,

like the one I showed you

amit korábban bemutattam önöknek,

and look for this signal.

és figyelhetjük ezt az adatot.

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

És láthatjuk is az entorhinális kéregben,

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

ami az agynak ugyanaz a része, amiben a patkányok rácssejtjei találhatók.

So back to Homer.

Térjünk vissza Homerhez.

He's probably remembering where his car was

Valószínűleg emlékszik rá, hol a kocsija,

in terms of the distances and directions

emlékszik az irányokra és a távolságokra,

to extended buildings and boundaries

a környezet határaira

around the location where he parked.

a hely körül, ahol parkolt.

And that would be represented

És ezt ábrázolhatjuk

by the firing of boundary-detecting cells.

a határvonal-érzékelő sejtek kisülésével.

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

Az útvonalra is emlékszik, amelyen elhagyta a parkolót,

which would be represented in the firing of grid cells.

amit ábrázolhatunk a rácssejtek kisülési mintázataival.

Now both of these kinds of cells

Mindkét típusú sejt

can make the place cells fire.

kisülésre készteti a helysejteket.

And he can return to the location where he parked

És úgy térhet vissza az autójához,

by moving so as to find where it is

hogy elindul, és megkeresi,

that best matches the firing pattern

hol hasonlít legjobban az agyában

of the place cells in his brain currently

a jelenegi kisülési minta

with the stored pattern where he parked his car.

az eltárolt kisülési mintához.

And that guides him back to that location

Ez vezeti vissza őt a helyre

irrespective of visual cues

a látványtól függetlenül,

like whether his car's actually there.

mint például attól is, hogy ott van-e az autó egyáltalán.

Maybe it's been towed.

Talán elvontatták....

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

De tudja, hogy hol volt, tehát vissza tud találni hozzá.

So beyond spatial memory,

A helymemórián kívül,

if we look for this grid-like firing pattern

ha rácsszerű kisülési mintázatot keresünk

throughout the whole brain,

az agy egészében,

we see it in a whole series of locations

sok helyen megtaláljuk,

which are always active

amelyek mindig aktívak,

when we do all kinds of autobiographical memory tasks,

ha önéletrajzi adatokra kell emlékeznünk,

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

mint például mikor voltunk utoljára esküvőn.

So it may be that the neural mechanisms

Azok az idegi mechanizmusok talán,

for representing the space around us

amelyek kifejezik a teret körülöttünk,

are also used for generating visual imagery

úgyszintén használatosak arra, hogy létrehozzunk

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

egy vizuális környezetet, amelyben elhelyezhetjük

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

az eseményeket, amik megtörténtek velünk, és így visszaidézhetőkké válnak.

So if this was happening,

Tehát ha tényleg ez a helyzet,

your memories could start by place cells activating each other

az emlékek létrehozása úgy kezdődik, hogy a helysejtek egymást aktivizálni kezdik

via these dense interconnections

a sűrű kapcsolataik által,

and then reactivating boundary cells

aztán aktiválják a határsejteket,

to create the spatial structure

hogy létrehozzanak egy környezetet, egy helyszínt,

of the scene around your viewpoint.

hogy hogy nézett ki a jelenet a nézőpontunkból.

And grid cells could move this viewpoint through that space.

A rácssejtek mozgathatják ezt a nézőpontot a helyszínen belül.

Another kind of cell, head direction cells,

Másféle sejtek, amelyek a fej irányát rögzítik,

which I didn't mention yet,

amelyeket még nem említettem,

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

úgy sülnek ki, mint egy iránytű, annak függvényében, éppen merre nézünk.

They could define the viewing direction

Meghatározzák a nézőpontot,

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

amelyből létrehozhatunk egy képet a képi emlékezethez,

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

tehát például elképzelhetjük, mi történt, amikor ezen az esküvőn voltunk.

So this is just one example

Ez csak egy példa

of a new era really

a kognitív neurológia

in cognitive neuroscience

egy új korszakából,

where we're beginning to understand

amelyben kezdjük megérteni

psychological processes

a pszichológiai folyamatokat,

like how you remember or imagine or even think

mint az emlékezet, a képzelet vagy akár a gondolkodás,

in terms of the actions

agyunk milliárdnyi különálló

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

neuronjai aktivitásának függvényében.

Thank you very much.

Köszönöm a figyelmüket!

(Applause)

(Taps)