Neil Burgess: How your brain tells you where you are

Translator: YSLU MA translators 2010-2012 Reviewer: Lily Tsarukyan

When we park in a big parking lot,

Երբ մեքենան կանգնեցնում ենք մեծ ավտոկայանատեղիում,

how do we remember where we parked our car?

ինչպե՞ս ենք հիշում, թե որտեղ ենք կանգնեցրել այն:

Here's the problem facing Homer.

Ահա խնդիրը, որի առաջ կանգնել է Հոմերը:

And we're going to try to understand

Եվ մենք փորձելու ենք հասկանալ,

what's happening in his brain.

թե ինչ է կատարվում նրա ուղեղում:

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

Սկսենք հիպոկամպից՝ հիշողության համար պատասխանատու օրգանից.

which is the organ of memory.

այն դեղինով է նշված:

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

Եթե դուք այնտեղ վնասվածք ունեք, ինչպիսին լինում է Ալցեյմերի դեպքում,

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

ապա շատ բաներ չեք կարող հիշել, այդ թվում՝ այն, թե որտեղ եք կայանել:

It's named after Latin for "seahorse,"

Անունը լատինական ծագում ունի, նշանակում է «ծովաձի»,

which it resembles.

իրականում այն հենց ծովաձի է հիշեցնում:

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

Ու ինչպես ամբողջ ուղեղը, այն կազմված է նեյրոններից:

So the human brain

Եվ այսպես, մարդկային ուղեղը

has about a hundred billion neurons in it.

կազմված է մոտավորապես հարյուր միլիարդ նեյրոններից:

And the neurons communicate with each other

Վերջինները միմյանց միջև եղած կապի միջոցով

by sending little pulses or spikes of electricity

հաղորդակցվում են` իրար ուղարկելով

via connections to each other.

փոքրիկ էլեկտրական զարկեր կամ ազդակներ:

The hippocampus is formed of two sheets of cells,

Հիպոկամպը կազմված է նեյրոնների երկու շերտից,

which are very densely interconnected.

որոնք շատ խիտ փոխկապակցված են:

And scientists have begun to understand

Եվ գիտնականները, սկսել են հասկանալ,

how spatial memory works

թե ինչպես է աշխատում տարածական հիշողությունը`

by recording from individual neurons

գրանցելով ուտելիք գտնելու համար

in rats or mice

տարածքն ուսումնասիրող

while they forage or explore an environment

առնետների ու մկների

looking for food.

առանձին նեյրոնների աշխատանքը:

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

Ուրեմն, պատկերացնենք, թե մենք գրանցում ենք

in the hippocampus of this rat here.

այս առնետի հիպոկամպի մեկ նեյրոնի աշխատանքը:

And when it fires a little spike of electricity,

Էլեկտրաքիմիական թույլ ազդանշանի առաջացման դեպքում

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

երևալու է կարմիր կետ, և ազդանշան է լսվելու:

So what we see

Ուրեմն ի՞նչ ենք տեսնում.

is that this neuron knows

տվյալ նեյրոնը գիտի,

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

թե երբ է այս առնետը որևէ տեղ գնում իր միջավայրում:

And it signals to the rest of the brain

Եվ այն հաղորդում է այդ տեղեկությունը ուղեղի մնացած մասին

by sending a little electrical spike.

թույլ էլեկտրաքիմիական ազդանշանի տեսքով:

So we could show the firing rate of that neuron

Այսպիսով, մենք կարող ենք ասել, որ նեյրոնի` ազդանշան ուղարկելու արագությունը

as a function of the animal's location.

համընկնում է կենդանու գտնվելու վայրի հետ:

And if we record from lots of different neurons,

Ու եթե գրանցենք տարբեր նեյրոնների աշխատանքը,

we'll see that different neurons fire

կտեսնենք, որ դրանք ազդանշան են տալիս,

when the animal goes in different parts of its environment,

երբ կենդանին շարժվում է տարածության մեջ,

like in this square box shown here.

ինչպես այստեղ ցուցադրված քառակուսի արկղի դեպքում:

So together they form a map

Այսպիսով, բոլոր նեյրոնները միասին քարտեզ են կազմում

for the rest of the brain,

ուղեղի մնացած մասի համար՝

telling the brain continually,

շարունակ ուղեղին ասելով.

"Where am I now within my environment?"

«Որտե՞ղ եմ ես հիմա գտնվում իմ միջավայրում»:

Place cells are also being recorded in humans.

Տեղային նեյրոնների աշխատանքը գրանցել են նաև մարդկանց մոտ:

So epilepsy patients sometimes need

Էպիլեպսիայով հիվանդները երբեմն

the electrical activity in their brain monitoring.

էլեկտրական ակտիվության վերահսկման կարիք ունեն:

And some of these patients played a video game

Ու երբ այս հիվանդներից ոմանք վիդեոխաղեր էին խաղում,

where they drive around a small town.

որտեղ մեքենան այս ու այն կողմ էին քշում փոքրիկ քաղաքով,

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

տեղային նեյրոնները իրենց հիպոկամպում աշխուժանում էին,

start sending electrical impulses

սկսում ուղարկել էլեկտրական իմպուլսներ ամեն անգամ,

whenever they drove through a particular location in that town.

երբ նրանք հայտնվում էին կոնկրետ վայրում:

So how does a place cell know

Ուրեմն ինչպե՞ս են տեղային բջիջներն իմանում,

where the rat or person is within its environment?

թե որտեղ է գտնվում մարդը կամ առնետը իր տարածության մեջ:

Well these two cells here

Ահա, այս երկու բջիջները

show us that the boundaries of the environment

ցույց են տալիս, որ տարածության սահմանները

are particularly important.

հատկապես կարևոր են այդ գործում:

So the one on the top

Վերևինը սկսում է ակտիվանալ,

likes to fire sort of midway between the walls

երբ առնետը հայտնվում է

of the box that their rat's in.

արկղի պատերի մեջտեղում:

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

Ու երբ արկղը մեծանում է, ակտիվացման տարածությունը ևս մեծանում է:

The one below likes to fire

Ներքևում գտնվողը սկսում է ակտիվանալ,

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

եթե հարավում պատ կա:

And if you put another wall inside the box,

Եվ եթե մեկ այլ պատ դնենք արկղի մեջ,

then the cell fires in both place

ու կենդանին սկսի տեղաշարժվել,

wherever there's a wall to the south

բջիջը երկու տեղերում էլ կակտիվանա,

as the animal explores around in its box.

երբ դեպի հարավ պատ լինի:

So this predicts

Այսպիսով, կարելի է ենթադրել,

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

որ հիպոկամպի համար շատ կարևոր է

extended buildings and so on --

զգալ ձեր շուրջ եղած հեռավորությունն ու ուղղությունը՝

is particularly important for the hippocampus.

ընդարձակ կառույցներ և այլն:

And indeed, on the inputs to the hippocampus,

Եվ իրոք, հիպոկամպի եզրերին կան բջիջներ,

cells are found which project into the hippocampus,

որոնք հստակ արձագանքում են

which do respond exactly

սահմանների կամ

to detecting boundaries or edges

եզրերի հայտնաբերմանը`

at particular distances and directions

լինելով մկնիկից կամ առնետից

from the rat or mouse

կոնկրետ հեռավորության

as it's exploring around.

կամ ուղղության վրա:

So the cell on the left, you can see,

Այսպիսով, ձախ կողմի բջիջն ակտիվանում է,

it fires whenever the animal gets near

հենց որ կենդանին

to a wall or a boundary to the east,

մոտենում է արևելյան պատին

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

կամ սահմանին՝ լինի դա անկյուն,

or the circular wall of the circular box

քառակուսի արկղի պատ, շրջանաձև արկղի պատ

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

կամ անգամ սեղանի ծայրի մի փոքր հատված, որի շուրջ կենդանին վազում է:

And the cell on the right there

Իսկ այնտեղ աջ կողմի բջիջն

fires whenever there's a boundary to the south,

ակտիվանում է, հենց որ հարավից սահման կա՝

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

լինի դա սեղանի ծայրի մի մաս,պատ,

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

անգամ երկու սեղանների միջև եղած տարածք:

So that's one way in which we think

Այսպիսով, սա այն ուղիներից մեկն է, որով, ըստ մեզ, տեղի բջիջները որոշում են,

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

թե որտեղ է կենդանին, երբ վերջինս շրջում է իր տարածքով:

We can also test where we think objects are,

Մենք նաև կարող ենք ստուգել, թե որտեղ են

like this goal flag, in simple environments --

սովորական միջավայրում գտնվում առարկաները, օրինակ,

or indeed, where your car would be.

ինչպիսին այս դրոշն է, կամ հենց ձեր մեքենան:

So we can have people explore an environment

Այսպիսով, մարդիկ կարող են լինել կոնկրետ միջավայրում

and see the location they have to remember.

ու տեսնել այն տարածքը, որը պիտի մտապահեն:

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

Հետո, երբ նրանք նորից հայտնվում են այդ միջավայրում,

generally they're quite good at putting a marker down

սովորաբար հեշտությամբ կարողանում են գտնել,

where they thought that flag or their car was.

թե որտեղ էր դրոշակը, կամ իրենց մեքենան:

But on some trials,

Բայց որոշ փորձերի ժամանակ

we could change the shape and size of the environment

կարող ենք փոխել միջավայրի ձևը և չափը,

like we did with the place cell.

ինչպես արեցինք տեղային նեյրոնների հետ:

In that case, we can see

Այդ դեպքում տեսնում ենք,

how where they think the flag had been changes

որ նրանք սկսում են մտածել, թե դրոշակի տեղը փոխվել է,

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

քանի որ փոխել ենք միայն տարածքի ձևն ու չափը:

And what you see, for example,

Եվ ինչ կստացվի, եթե, օրինակ,

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

դրոշը լինի այս խաչի փոխարեն` այդ փոքր քառակուսի միջավայրում.

and then if you ask people where it was,

երբ հարցնեք մարդկանց, թե այն որտեղ է,

but you've made the environment bigger,

ու դրա հետ մեկտեղ միջավայրը մեծացրած լինեք,

where they think the flag had been

նրանց կարծիքով, դրոշի գտնվելու վայրի հավանականությունը

stretches out in exactly the same way

կմեծանա այնքանով, որքանով տեղային

that the place cell firing stretched out.

նեյրոնների ակտիվացման տարածքն է մեծացել:

It's as if you remember where the flag was

Դա նման է նրան, որ կարծես դուք հիշում եք, թե որտեղ էր դրոշակը՝

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

մտապահելով, թե տարածքի կոնկրետ,

at that location,

որ մասով անցնելիս էին

and then you can get back to that location

ձեր տեղային բջիջներն ակտիվանում,

by moving around

հետո էլ կարողանում եք հետ գնալ ճիշտ այդ վայրը՝ այնպես,

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

որ այդ պահին ձեր տեղային բջիջները ակտիվությունը

with that stored pattern.

լավագույնս համապատասխանի այդ նախորդ անգամվա ակտիվացման օրինակին:

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

Դա վերադարձնում է ձեզ դեպի այն վայրը, որը դուք ցանկանում եք հիշել:

But we also know where we are through movement.

Բայց մենք նաև իմանում ենք, թե որտեղ ենք գտնվում շարժման միջոցով:

So if we take some outbound path --

Այսինքն, եթե մենք սկսում ենք քայլել ճանապարհով,

perhaps we park and we wander off --

ասենք, մեքենան կանգնեցրել ենք, և ուղղակի քայլում ենք,

we know because our own movements,

մեր ինտեգրած շարժումներն օգնում են հետագայում

which we can integrate over this path

գտնել դեպի հետ

roughly what the heading direction is to go back.

տանող ճամփան:

And place cells also get this kind of path integration input

Տեղային բջիջները ևս ստանում են նման

from a kind of cell called a grid cell.

ինտեգրացիոն տեղեկություն «ցանցային» կոչվող բջջից:

Now grid cells are found, again,

Ցանցային բջիջները մտնում են

on the inputs to the hippocampus,

հիպոկամպի մեջ ու մի փոքր

and they're a bit like place cells.

նման են տեղային բջիջներին:

But now as the rat explores around,

Երբ առնետը շրջում է տարածքով,

each individual cell fires

յուրաքանչյուր առանձին բջիջ ակտիվանում է

in a whole array of different locations

այդ միջավայրի մեջ գտնվող բազմաթիվ կետերում`

which are laid out across the environment

ստեղծելով զարմանալիորեն

in an amazingly regular triangular grid.

կանոնավոր եռանկյունաձև ցանց:

And if you record from several grid cells --

Ու եթե գրանցենք ցանցային մի քանի բջիջների ակտիվությունը

shown here in different colors --

(դրանք այստեղ ցուցադրված են տարբեր գույներով),

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

ունի բջիջների ցանցանման

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

ազդանշանելու օրինաչափություն, և յուրաքանչյուրը

relative to the other cells.

հարաբերականորեն տարբերվում է մյուս ցանցերից:

So the red one fires on this grid

Այսպիսով, կարմրի ազդանշանային ցանցը սա է,

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

կանաչինը՝ սա, կապույտինն էլ` այս մյուսը:

So together, it's as if the rat

Այսպիսով, կարծես առնետը կարողանում է

can put a virtual grid of firing locations

ակտիվության տարածքների վիրտուալ ցանց իր տարածության մեջ,

across its environment --

սա մի քիչ նման է երկայնության ու լայնության

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

գծերին, որոնք լինում են

but using triangles.

քարտեզի վրա, բայց եռանկյունիների տեսքով:

And as it moves around,

Եվ երբ այն շարժվում է,

the electrical activity can pass

էլեկտրական ակտիվությունը կարող է փոխանցվել մեկ բջջից մյուսին,

from one of these cells to the next cell

որպեսզի առնետն իր շարժումները

to keep track of where it is,

կապելու միջոցով իմանա,

so that it can use its own movements

թե որտեղ է ինքը գտնվում

to know where it is in its environment.

իր տարածության մեջ:

Do people have grid cells?

Արդյոք մարդիկ ունե՞ն ցանցային բջիջներ:

Well because all of the grid-like firing patterns

Քանի որ բոլոր ակտիվ բջիջների ցանցերն

have the same axes of symmetry,

ունեն համաչափության նույն առանցքային գիծը,

the same orientations of grid, shown in orange here,

ցանցի նույն կողմնորոշիչները, որը ցուցադրված է այստեղ նարնջագույնով,

it means that the net activity

ապա սա նշանակում է, որ ուղեղի որոշակի հատվածում

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

բոլոր ցանցային բջիջների գործողությունները

should change

պետք է փոփոխվեն կախված այն բանից,

according to whether we're running along these six directions

թե մենք գնում ենք այս վեց ուղղություններով էլ,

or running along one of the six directions in between.

թե մեկ միջանկյալ գծով:

So we can put people in an MRI scanner

Այսպիսով, կարող ենք մարդուն դնել ՄԱՆ ծրիչի մեջ,

and have them do a little video game

խնդրել, որ նա խաղա մի փոքրիկ վիդեոխաղ,

like the one I showed you

ինչպիսին ես ձեզ ցույց տվեցի,

and look for this signal.

և սպասենք այս ազդանշանին:

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

Իհարկե, դուք դա տեսնում եք մարդու ուղեղի թաղանթի

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

էնտորինալ հատվածում, որը նույնն է, ինչ առնետների մոտ ցանցային նեյրոնը:

So back to Homer.

Այսպիսով, վերադառնանք Հոմերին:

He's probably remembering where his car was

Նա հավանաբար հիշում է, թե որտեղ է իր մեքենան`

in terms of the distances and directions

հաշվի առնելով կայանելու վայրից և

to extended buildings and boundaries

դրա շուրջը եղած կառույցներից

around the location where he parked.

ունեցած հեռավորությունը և ուղղությունը:

And that would be represented

Եվ դա հնարավոր է դարձել սահմանները

by the firing of boundary-detecting cells.

որոշող ակտիվ նեյրոնների շնորհիվ:

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

Նա նաև հիշում է այն ճանապարհը, որով նա դուրս էր եկել ավտոկայանատեղիից,

which would be represented in the firing of grid cells.

որը կներկայացվի ակտիվացող ցանցային նեյրոններով:

Now both of these kinds of cells

Հիմա այս երկու տեսակի նեյրոններն

can make the place cells fire.

ակտիվացնում են տեղային բջիջները:

And he can return to the location where he parked

Եվ նա կարող է վերադառնալ այն վայրը, որտեղ կայանել էր`

by moving so as to find where it is

շարժվելով և համադրելով տեղանքի ընթացիկ ուղեցույցը,

that best matches the firing pattern

որն այդ պահին ստեղծվում է

of the place cells in his brain currently

ուղեղում, և այն ուղեցույցը,

with the stored pattern where he parked his car.

որն արդեն կար հիշողության մեջ:

And that guides him back to that location

Եվ դա նրան ետ է տանում այդ վայրը,

irrespective of visual cues

անկախ այն բանից,

like whether his car's actually there.

թե արդյոք նրա մեքենան այնտեղ է իրականում:

Maybe it's been towed.

Հավանաբար այն հետ են հրել:

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

Բայց նա հիշում է, թե որտեղ էր այն, և գիտի`ինչպես վերադառնալ այնտեղ:

So beyond spatial memory,

Այսպիսով բացի տարածական հիշողությունից,

if we look for this grid-like firing pattern

այս ցանցանման ակտիվությունը հանդիպում է ամբողջ գլխուղեղում:

throughout the whole brain,

Մենք այն մշտապես նկատում ենք ակտիվ հատվածներում,

we see it in a whole series of locations

որոնք պատասխանատու են ինքնակենսագրական

which are always active

առաջադրանքների կատարման համար,

when we do all kinds of autobiographical memory tasks,

ինչպիսին է, օրինակ, հիշելը, թե

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

վերջին անգամ երբ եք հարսանիք գնացել:

So it may be that the neural mechanisms

Այսպիսով, մեր շրջակա տարածության նեյրոնային մեխանիզմների

for representing the space around us

տրամադրումը կարող է օգտագործվել տեսողական

are also used for generating visual imagery

կերպարներ ստեղծելու համար, որպեսզի մենք

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

ցանկացած պահի կարողանանք վերստեղծել տարածական տեսարաններ,

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

կամ իրադարձություններ, որոնք պատահել են մեզ հետ:

So if this was happening,

Ուրեմն, եթե սա տեղի է ունենում,

your memories could start by place cells activating each other

ձեր հիշողությունները սկսում են ակտիվանալ տեղային նեյրոնների`

via these dense interconnections

մեկը մյուսի հետ ունեցած կապի միջոցով,

and then reactivating boundary cells

և ապա ակտիվանում են սահմանային բջիջները,

to create the spatial structure

որպեսզի ստեղծեն տեսարանի

of the scene around your viewpoint.

տարածական կառույց ձեր տեսադաշտի շուրջը:

And grid cells could move this viewpoint through that space.

Իսկ ցանցային նեյրոններն այդ տարածությունով կարող են շարժել այս տեսադաշտը:

Another kind of cell, head direction cells,

Բջիջների մեկ այլ տեսակ են օրիենտացիոն նեյրոնները,

which I didn't mention yet,

որոնց մասին ես դեռ չէի խոսել.սրանք առաջանում

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

են շրջանի նման` կախված նրանից, թե ինչ ուղղությամբ եք դուք գնում:

They could define the viewing direction

Այս նեյրոնները կարող են որոշել այն ուղղությունը, որում դուք

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

ցանկանում եք կերտել ձեր տեսողական երևակայության համար մի պատկեր,

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

և դուք կարող եք պատկերացնել, թե ինչ պատահեց , օրինակ, երբ դուք այս հարսանիքին էիք:

So this is just one example

Այսպիսով, սա նոր դարաշրջանի

of a new era really

միայն մեկ օրինակ է

in cognitive neuroscience

ճանաչողական նյարդաբանության մեջ,

where we're beginning to understand

որտեղ մենք սկսում ենք հասկանալ

psychological processes

այնպիսի հոգեբանական գործընթացներ,

like how you remember or imagine or even think

ինչպիսին է այն, թե մենք ինչպես ենք հիշում կամ պատկերացնում

in terms of the actions

կամ անգամ մտածում միլիարդավոր անհատական նեյրոնների գործելու ժամանակ,

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

Շատ շնորհակալություն

Thank you very much.

Շատ շնորհակալություն

(Applause)

(Ծափահարություններ)