Neil Burgess: How your brain tells you where you are

Traducător: Maria Oprisescu Corector: Ariana Bleau Lugo

When we park in a big parking lot,

Când parcăm într-o parcare mare,

how do we remember where we parked our car?

cum ne amintim unde am parcat mașina?

Here's the problem facing Homer.

Iată problema lui Homer.

And we're going to try to understand

Vom încerca să înţelegem

what's happening in his brain.

ce se întâmplă în creierul lui.

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

Începem cu hipocampusul, indicat în galben,

which is the organ of memory.

care e organul memoriei.

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

Dacă hipocampusul e deteriorat, ca în Alzheimer,

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

nu-ţi poţi aminti de exemplu unde ai parcat mașina.

It's named after Latin for "seahorse,"

E numit după latinescul "căluţ de mare",

which it resembles.

cu care seamănă.

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

La fel ca restul creierului, e alcătuit din neuroni.

So the human brain

Creierul uman

has about a hundred billion neurons in it.

are cam 100 miliarde neuroni.

And the neurons communicate with each other

Neuronii comunică între ei

by sending little pulses or spikes of electricity

trimiţând ușoare impulsuri electrice

via connections to each other.

prin conexiuni unul altuia.

The hippocampus is formed of two sheets of cells,

Hipocampusul e format din două straturi de celule,

which are very densely interconnected.

dens interconectate.

And scientists have begun to understand

Cercetătorii au început să înțeleagă

how spatial memory works

cum funcționează memoria spațială

by recording from individual neurons

analizând neuronii individuali

in rats or mice

la șobolani sau șoareci

while they forage or explore an environment

în timp ce sapă sau explorează mediul

looking for food.

căutând hrană.

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

Ne vom imagina că înregistrăm semnalele unui singur neuron

in the hippocampus of this rat here.

din hipocampusul acestui șobolan de aici.

And when it fires a little spike of electricity,

Când emite un impuls electric,

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

va apărea un punct roșu și un click.

So what we see

Vedem

is that this neuron knows

că neuronul știe

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

când șobolanul s-a dus într-un anume loc din împrejmuire.

And it signals to the rest of the brain

Și semnalează restului creierului

by sending a little electrical spike.

printr-un impuls electric.

So we could show the firing rate of that neuron

Putem exprima rata de emitere a acelui neuron

as a function of the animal's location.

ca o funcţie dependentă de locația animalului.

And if we record from lots of different neurons,

Iar dacă înregistrăm mulți alți neuroni,

we'll see that different neurons fire

vedem că diferiți neuroni emit

when the animal goes in different parts of its environment,

când animalul merge în alte părți din mediul său,

like in this square box shown here.

precum această cutie pătrată.

So together they form a map

Împreună alcătuiesc o hartă

for the rest of the brain,

pentru restul creierului,

telling the brain continually,

informându-l continuu

"Where am I now within my environment?"

"Unde sunt acum?"

Place cells are also being recorded in humans.

Celule de localizare sunt examinate și la oameni.

So epilepsy patients sometimes need

Pacienţii cu epilepsie au uneori nevoie

the electrical activity in their brain monitoring.

să le fie monitorizată activitatea electrică.

And some of these patients played a video game

Câțiva pacienți epileptici au jucat un joc video

where they drive around a small town.

în care conduceau printr-un mic oraş.

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

Celulele lor spațiale din hipocampus se activau,

start sending electrical impulses

trimiteau impulsuri electrice

whenever they drove through a particular location in that town.

când conduceau printr-o anumită zonă din acel oraș.

So how does a place cell know

Cum știe o celulă spațială

where the rat or person is within its environment?

unde se află șobolanul sau omul în spațiu?

Well these two cells here

Aceste două celule de aici

show us that the boundaries of the environment

ne arată că limitele mediului

are particularly important.

sunt foarte importante.

So the one on the top

Cea de sus trimite

likes to fire sort of midway between the walls

impulsuri la jumătatea distanței dintre pereții

of the box that their rat's in.

cutiei în care e șobolanul.

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

Când mărești cutia zona de impulsionare se extinde.

The one below likes to fire

Cea de jos se activează

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

când e un perete în apropiere la sud.

And if you put another wall inside the box,

Dacă pui alt perete în cutie,

then the cell fires in both place

celula se activează în ambele locuri

wherever there's a wall to the south

dacă e un perete la sud

as the animal explores around in its box.

în timp ce animalul explorează spațiul în cutie.

So this predicts

Asta arată

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

că evaluarea distanțelor și direcțiilor granițelor din jur --

extended buildings and so on --

clădiri, ș.a.m.d. --

is particularly important for the hippocampus.

sunt foarte importante pentru hipocampus.

And indeed, on the inputs to the hippocampus,

Într-adevăr, la intrările în hipocampus

cells are found which project into the hippocampus,

găsim celule care fac o hartă în hipocampus

which do respond exactly

care răspund exact

to detecting boundaries or edges

la detectarea limitelor sau marginilor

at particular distances and directions

la anumite distanțe sau direcții

from the rat or mouse

de la șoarece

as it's exploring around.

când explorează mediul.

So the cell on the left, you can see,

Celula din stânga, cum vedeți,

it fires whenever the animal gets near

se activează când animalul se apropie

to a wall or a boundary to the east,

de un perete sau o graniță la est,

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

fie că e marginea sau peretele unei cutii pătrate

or the circular wall of the circular box

sau peretele circular al unei cutii rotunde

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

sau chiar muchia mesei împrejurul căreia aleargă animalele.

And the cell on the right there

Celula din dreapta se activează

fires whenever there's a boundary to the south,

când apare o limită la sud,

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

fie că e muchia mesei sau un perete

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

sau chiar spațiul dintre două mese despărțite.

So that's one way in which we think

Acesta e un mod în care credem

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

că celulele spațiale determină unde e animalul.

We can also test where we think objects are,

Putem testa și locația pe care credem că o au

like this goal flag, in simple environments --

obiecte precum acest steag, în medii simple --

or indeed, where your car would be.

sau unde s-ar afla mașina.

So we can have people explore an environment

Punem oamenii să exploreze un mediu

and see the location they have to remember.

și să vadă locația pe care trebuie să și-o amintească.

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

Apoi, dacă îi aducem iar în mediu,

generally they're quite good at putting a marker down

se descurcă destul de bine să marcheze locul

where they thought that flag or their car was.

unde cred că s-a aflat steagul sau mașina.

But on some trials,

Dar în unele teste,

we could change the shape and size of the environment

am schimbat forma și mărimea mediului,

like we did with the place cell.

așa cum am făcut cu celulele de locație.

In that case, we can see

În acest caz, vedem

how where they think the flag had been changes

că percepția poziției steagului se schimbă

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

în funcție de cum modifici forma și mărimea mediului.

And what you see, for example,

Vedeți, de exemplu,

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

dacă steagul era unde e acea cruce într-un mic pătrat,

and then if you ask people where it was,

dacă îi întrebi pe subiecți,

but you've made the environment bigger,

după ce ai mărit mediul,

where they think the flag had been

unde cred ei că a fost steagul

stretches out in exactly the same way

se întinde în acelaşi mod

that the place cell firing stretched out.

în care s-au extins impulsurile celulei spațiale.

It's as if you remember where the flag was

E ca și cum ți-ai aminti unde a fost steagul

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

memorând tiparul de impulsuri trimise de celulele de locație

at that location,

în acel loc

and then you can get back to that location

și apoi te poți întoarce în acel loc,

by moving around

deplasându-te,

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

astfel încât să potrivești tiparul actual de trimitere a impulsurilor

with that stored pattern.

cu tiparul stocat.

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

Astfel ești ghidat spre locul pe care vrei să ți-l amintești.

But we also know where we are through movement.

Dar știm unde ne aflăm și prin intermediul mișcării.

So if we take some outbound path --

Dacă luăm o locație îndepărtată --

perhaps we park and we wander off --

parcăm și ne depărtăm --

we know because our own movements,

știm datorită mișcărilor noastre

which we can integrate over this path

pe care le integrăm de-a lungul acestui drum

roughly what the heading direction is to go back.

cam care e direcția pentru a ne întoarce.

And place cells also get this kind of path integration input

Şi celulele spațiale primesc acest tip de input de integrare,

from a kind of cell called a grid cell.

formează un fel de celulă numită celulă-reţea.

Now grid cells are found, again,

Celulele reţea se află

on the inputs to the hippocampus,

la intrarea în hipocampus,

and they're a bit like place cells.

şi seamană oarecum cu celulele de localizare.

But now as the rat explores around,

Dar pe măsură ce şobolanul explorează împrejurimile,

each individual cell fires

fiecare celulă individuală se activează

in a whole array of different locations

într-o gamă întreagă de locaţii diferite

which are laid out across the environment

dispuse în acest mediu

in an amazingly regular triangular grid.

într-o reţea triunghiulară incredibil de regulată.

And if you record from several grid cells --

Şi dacă înregistrezi câteva celule din reţea --

shown here in different colors --

indicate aici prin culori diferite --

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

fiecare are un tipar de activare ca o reţea în spațiu

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

şi fiecare tipar de reţea al fiecărei celule e deplasat uşor

relative to the other cells.

relativ la celelalte celule.

So the red one fires on this grid

Cea roşie e activată în această reţea,

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

cea verde în asta, cea albastră în asta.

So together, it's as if the rat

Aşa că împreună, e ca şi cum şobolanul

can put a virtual grid of firing locations

poate alcătui o reţea viruală a locaţiilor de activare

across its environment --

de-a lungul mediului său --

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

asemănătoare cu liniile de latitudine şi longitudine pe o hartă,

but using triangles.

dar utilizând triunghiuri.

And as it moves around,

Şi cum se deplasează de jur împrejur

the electrical activity can pass

activitatea electrică se transmite

from one of these cells to the next cell

de la o celulă la următoarea celulă

to keep track of where it is,

pentru a ține evidența unde este,

so that it can use its own movements

folosindu-și propriile mişcări

to know where it is in its environment.

pentru a şti unde se află în propriul mediu.

Do people have grid cells?

Au oamenii celule de reţea?

Well because all of the grid-like firing patterns

Ei bine, pentru că toate aceste tipare de activare

have the same axes of symmetry,

au aceleaşi axe de simetrie,

the same orientations of grid, shown in orange here,

aceeiaşi orientare a reţelei, indicată cu potocaliu aici,

it means that the net activity

înseamnă că rezultanta activității

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

tuturor celulelor de rețea dintr-o anume parte a creierului

should change

ar trebui să se schimbe

according to whether we're running along these six directions

dacă alergăm de-a lungul celor şase direcţii

or running along one of the six directions in between.

sau de-a lungul unei direcţii intermediare.

So we can put people in an MRI scanner

Putem pune oamenii într-un scanner RMN

and have them do a little video game

unde joacă un video-game

like the one I showed you

ca cel pe care vi l-am arătat

and look for this signal.

şi căutăm acest semnal.

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

Şi într-adevăr, îl vedeţi în cortexul entorinal uman,

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

în aceiaşi parte a creierului unde vedeţi celule de reţea la cobai.

So back to Homer.

Înapoi la Homer.

He's probably remembering where his car was

Probabil îşi aminteşte unde-i era maşina

in terms of the distances and directions

în funcție de distanţele şi direcţiile

to extended buildings and boundaries

relativ la clădirile şi împrejmuirile

around the location where he parked.

din jurul locului unde a parcat.

And that would be represented

Şi asta ar fi reprezentat

by the firing of boundary-detecting cells.

de activarea celulelor de detectare a limitelor.

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

Îşi aminteşte și drumul parcurs la ieşirea din parcare,

which would be represented in the firing of grid cells.

reprezentat prin activarea celulelor de reţea.

Now both of these kinds of cells

Ambele tipuri de celule

can make the place cells fire.

pot activa celulele de localizare.

And he can return to the location where he parked

Şi el se poate întoarce la locul unde a parcat

by moving so as to find where it is

mişcându-se astfel încât să găsească

that best matches the firing pattern

unde se potrivește cel mai bine cu tiparul activat

of the place cells in his brain currently

al celulelor de localizare din creierul său,

with the stored pattern where he parked his car.

cu tiparul stocat al locului unde şi-a parcat maşina.

And that guides him back to that location

Şi asta îl ghidează înapoi la locaţie

irrespective of visual cues

independent de reperele vizuale,

like whether his car's actually there.

respectiv dacă maşina e efectiv acolo.

Maybe it's been towed.

Poate a fost ridicată.

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

Dar ştie unde era, ştie unde să mergă s-o ia.

So beyond spatial memory,

Dincolo de memoria spaţială,

if we look for this grid-like firing pattern

căutând acest model de activare tip reţea

throughout the whole brain,

în tot creierul,

we see it in a whole series of locations

îl vedem într-o serie de locaţii

which are always active

care sunt mereu active

when we do all kinds of autobiographical memory tasks,

când îndeplinim diverse sarcini autobiografice de memorie,

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

cum ar fi când a fost ultima dată când am fost la o nuntă, de exemplu.

So it may be that the neural mechanisms

Poate că mecanismele neuronale

for representing the space around us

pentru reprezentarea spaţiului din jurul nostru

are also used for generating visual imagery

sunt de asemena folosite pentru generarea de imagini vizuale

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

pentru a recrea scena spaţială cel puţin,

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

a evenimentelor care ni s-au întâmplat, când dorim să ni le imaginăm.

So if this was happening,

Deci dacă asta s-a întâmplat,

your memories could start by place cells activating each other

amintirile ar putea începe prin activarea reciprocă a celulelor spațiale

via these dense interconnections

prin intermediul acestor interconectări dense,

and then reactivating boundary cells

apoi reactivând celulele-barieră

to create the spatial structure

pentru a crea stuctura spaţială

of the scene around your viewpoint.

a scenei din jur.

And grid cells could move this viewpoint through that space.

Celulele-reţea ar putea muta acest punct prin spaţiu.

Another kind of cell, head direction cells,

Alt tip de celulă, celulele de direcţie,

which I didn't mention yet,

pe care nu le-am menţionat încă,

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

se activează ca un compas în funcţie de direcţia spre care te uiți.

They could define the viewing direction

Ar putea defini direcţia vizualizată

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

dinspre care vrei să generezi o imagine pentru reprezentarea vizuală,

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

ca să-ți poți imagina ce s-a întâmplat cănd ai fost la acea nuntă, de exemplu.

So this is just one example

Acesta e doar un exemplu

of a new era really

al unei noi ere

in cognitive neuroscience

în neuroştiinţa cognitivă

where we're beginning to understand

în care începem să înţelegem

psychological processes

procesele psihologice cum sunt

like how you remember or imagine or even think

modul în care vă amintiţi, vă imaginaţi sau chiar gândiţi

in terms of the actions

în funcție de acţiunile

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

a bilioane de neuroni individuali care formează creierul.

Thank you very much.

Vă mulţumesc mult.

(Applause)

(Aplauze)