Neil Burgess: How your brain tells you where you are

Översättare: Simon Lundhag Granskare: Matti Jääaro

When we park in a big parking lot,

När vi parkerar på en stor parkering,

how do we remember where we parked our car?

hur kommer vi då ihåg var vi ställde bilen?

Here's the problem facing Homer.

Här står Homer inför det problemet.

And we're going to try to understand

Och vi ska försöka förstå

what's happening in his brain.

vad som händer i hans hjärna.

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

Vi börjar med Hippocampus, färgat gult,

which is the organ of memory.

vilket är hjärnans minnescentra.

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

Om du har en skada här, som vid Alzheimer,

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

så kan du inte komma ihåg någonting, inklusive var du ställde bilen.

It's named after Latin for "seahorse,"

Det är namngivit efter "sjöhäst" på Latin,

which it resembles.

som det ser ut som.

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

Liksom övriga hjärnan så består det av nervceller.

So the human brain

Den mänskliga hjärnan

has about a hundred billion neurons in it.

innehåller alltså ungefär hundra miljarder neuroner.

And the neurons communicate with each other

Och nervcellerna kommunicerar med varandra

by sending little pulses or spikes of electricity

genom att skicka små impulser eller toppar av elektricitet

via connections to each other.

via kopplingar till varandra.

The hippocampus is formed of two sheets of cells,

Hippocampus består av två lager med celler

which are very densely interconnected.

som är tätt sammakopplade.

And scientists have begun to understand

Forskare har börjat förstå

how spatial memory works

hur rumsligt minne fungerar

by recording from individual neurons

genom registrering från enstaka neuroner

in rats or mice

hos råttor eller möss

while they forage or explore an environment

medan de söker av eller utforskar en miljö

looking for food.

i letan efter mat.

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

Så vi kommer att föreställa oss att vi registrerar signaler från en enstaka nervcell

in the hippocampus of this rat here.

i Hippocampus hos råttan här.

And when it fires a little spike of electricity,

Och när den skjuter iväg en liten elektrisk pik,

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

så kommer det att bli en röd punkt och ett klick.

So what we see

Så det vi ser nu

is that this neuron knows

är att den här nervcellen vet

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

när än råttan har kommit till ett speciellt ställe i dess miljö.

And it signals to the rest of the brain

Och den signalerar till resten av hjärnan

by sending a little electrical spike.

genom att skicka ut en liten elektrisk pik.

So we could show the firing rate of that neuron

Så vi skulle kunna visa avfyrningsfrekvensen av den nervcellen

as a function of the animal's location.

som en funktion av var djuret befinner sig.

And if we record from lots of different neurons,

Och om vi registrerar många olika neuroner,

we'll see that different neurons fire

så kommer vi se att olika neuroner utlöses

when the animal goes in different parts of its environment,

när djuret kommer in i olika delar av dess miljö,

like in this square box shown here.

som i den här kvadratiska lådan här.

So together they form a map

Så tillsammans formar de en karta

for the rest of the brain,

för resten av hjärnan,

telling the brain continually,

som kontinuerligt talar om för hjärnan

"Where am I now within my environment?"

"Var i min miljö är jag nu?"

Place cells are also being recorded in humans.

Platsceller registreras också hos människor.

So epilepsy patients sometimes need

Epilepsipatienter behöver ibland

the electrical activity in their brain monitoring.

den elektriska aktiviteten i deras hjärnövervakning.

And some of these patients played a video game

Några av de här patienterna spelade ett TV-spel

where they drive around a small town.

där de körde omkring i en liten stad.

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

Platsceller i deras Hippocampus avfyrades, aktiverades,

start sending electrical impulses

började skicka elektriska impulser

whenever they drove through a particular location in that town.

närhelst som de körde genom en speciell plats i den staden.

So how does a place cell know

Så hur vet en platscell

where the rat or person is within its environment?

var råttan eller personen är inom dess miljö?

Well these two cells here

Jo dessa två celler här

show us that the boundaries of the environment

visar oss att gränserna i miljön

are particularly important.

är speciellt viktiga.

So the one on the top

Så den på ovansidan

likes to fire sort of midway between the walls

gillar att aktiveras liksom halvvägs mellan väggarna

of the box that their rat's in.

på lådan som dess råtta befinner sig i.

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

Och när man expanderar boxen, så expanderas också platsen för aktivering.

The one below likes to fire

Den nedre gillar att aktiveras

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

närhelst det finns en vägg nära i sydlig riktning.

And if you put another wall inside the box,

Och om man placerar en annan vägg inuti lådan,

then the cell fires in both place

så aktiveras cellen på båda platserna

wherever there's a wall to the south

varhelst som det finns en vägg i sydligt riktning

as the animal explores around in its box.

när djuret utforskar dess låda.

So this predicts

Det här talar alltså för

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

att känna avstånd och riktning till gränser omkring dig -

extended buildings and so on --

byggnader och så vidare -

is particularly important for the hippocampus.

är särkilt viktigt för Hippocampus.

And indeed, on the inputs to the hippocampus,

Och faktiskt, vid Hippocampus ingångar,

cells are found which project into the hippocampus,

har man hittat celler som projicerar in i Hippocampus,

which do respond exactly

vilka reagerar precist

to detecting boundaries or edges

för att känna av gränser eller kanter

at particular distances and directions

på specifika avstånd eller i speciella riktningar

from the rat or mouse

från musen eller råttan

as it's exploring around.

medan den söker omkring.

So the cell on the left, you can see,

Så cellen till vänster, som du kan se,

it fires whenever the animal gets near

den löser ut närhelst djuret kommer nära

to a wall or a boundary to the east,

en vägg eller en gräns österut,

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

vare sig det är kanten eller väggen på en kvadtratisk låda

or the circular wall of the circular box

eller cirkulära väggen på den cirkulära lådan

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

eller till och med stupet vid kanten på ett bord vilket djuren springer omkring på.

And the cell on the right there

Och cellen här till höger

fires whenever there's a boundary to the south,

aktiveras närhelst det finns en gräns söderut,

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

vare sig det är stupet vid kanten på ett bord eller en vägg

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

eller till och med glipan mellan två isärdragna bord.

So that's one way in which we think

Det är alltså ett sätt på vilket vi tror

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

platsceller tar reda på var djuret är medan det utforskar.

We can also test where we think objects are,

Vi kan också pröva var vi tror att objekt är,

like this goal flag, in simple environments --

som den här målflaggan, i enkla miljöer -

or indeed, where your car would be.

eller självklart också var din bil skulle vara.

So we can have people explore an environment

Så vi kan låta människor utforska en miljö

and see the location they have to remember.

och se den plats som de måste komma ihåg.

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

Och sen, om vi sätter tillbaka dem i samma miljö,

generally they're quite good at putting a marker down

så är de för det mesta rätt bra på att markera

where they thought that flag or their car was.

var de trodde att flaggan eller bilen var.

But on some trials,

Men i vissa test,

we could change the shape and size of the environment

ändrade vi på miljöns storlek och form

like we did with the place cell.

som vi gjorde med platscellen.

In that case, we can see

I det fallet kan vi se

how where they think the flag had been changes

hur var de trodde att flaggan skulle vara ändras

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

som en funktion av hur man ändrar miljöns form eller storlek.

And what you see, for example,

Och det man ser, till exempel,

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

om flaggan var där krysset var i en liten kvadratisk miljö

and then if you ask people where it was,

och om du då frågar folk var den var,

but you've made the environment bigger,

men att du gjort miljön större,

where they think the flag had been

var de tror att flaggan befunnit sig

stretches out in exactly the same way

sträcker sig på exakt samma sätt

that the place cell firing stretched out.

som platscellens aktivering sträckt ut sig.

It's as if you remember where the flag was

Det är som om man kommer ihåg var flaggan var

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

genom att lagra aktiveringsmönstret hos platscellerna

at that location,

på den platsen,

and then you can get back to that location

och sedan att man kan komma tillbaka till samma plats

by moving around

genom att förflytta sig runt

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

så att man matchar dåvarande mönstret hos platscellerna optimalt

with that stored pattern.

mot det lagrade mönstret.

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

Det guidar dig tillbaka till platsen som du vill komma ihåg.

But we also know where we are through movement.

Men vi vet också var vi är under det att vi rör oss.

So if we take some outbound path --

Så om vi tar en utgående väg -

perhaps we park and we wander off --

kanske vi parkerar bilen och går därifrån -

we know because our own movements,

så vet vi på grund av våra rörelser,

which we can integrate over this path

som vi kan integrera i den här vägen

roughly what the heading direction is to go back.

ungefär vilken riktning vi har att gå tillbaka.

And place cells also get this kind of path integration input

Platsceller får också den här typen av vägintegrerings-input

from a kind of cell called a grid cell.

från en cell som kallas rutnätscell.

Now grid cells are found, again,

Rutnätssceller kan man finna, som tidigare celler,

on the inputs to the hippocampus,

på ingångarna till Hippocampus,

and they're a bit like place cells.

och de fungerar ungefär som platsceller.

But now as the rat explores around,

Men nu när råttan utforskar,

each individual cell fires

så aktiveras varje en cell

in a whole array of different locations

på en en större mängd platser

which are laid out across the environment

som är spridda över miljön

in an amazingly regular triangular grid.

i ett enastående regelbundet, triangelformat rutnät.

And if you record from several grid cells --

och om man registrerar flera rutnätsceller -

shown here in different colors --

här visat i olika färger -

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

har varje en ett rutnätsliknande aktiveringsmönster över hela miljön,

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

och varje cells rutnätsliknande aktiveringsmönster förskjuts en aning

relative to the other cells.

i förhållande till de andra cellerna.

So the red one fires on this grid

Så den röda aktiveras på det här rutnätet

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

och den gröna på det här och den blå på det här.

So together, it's as if the rat

Så sammaslaget är det som om råttan

can put a virtual grid of firing locations

kan sätta ett virtuellt rutnät av aktiveringsplatser

across its environment --

över dess miljö -

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

litegrann som latitud- och longtitudlinjerna som finns på kartor,

but using triangles.

men med trekanter istället.

And as it moves around,

Och under det att den förflyttar sig runt,

the electrical activity can pass

så kan den elektriska aktiviteten passera

from one of these cells to the next cell

från en cell till en annan

to keep track of where it is,

för att hålla koll på var den är,

so that it can use its own movements

så att den kan använda sina rörelser

to know where it is in its environment.

för att veta var den är i dess miljö.

Do people have grid cells?

Har människor rutnätsceller?

Well because all of the grid-like firing patterns

Jo, på grund av att alla rutnätsliknande aktiveringsmönster

have the same axes of symmetry,

har samma axlar i symmetrin,

the same orientations of grid, shown in orange here,

samma axelorientering, här visat i orange,

it means that the net activity

så betyder det att nettoaktiviteten

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

hos alla rutnätsceller i viss del av hjärnan

should change

borde ändras

according to whether we're running along these six directions

utefter att vi rör oss längs de där sex riktningarna

or running along one of the six directions in between.

eller rör oss längs en av de sex riktningarna emellan.

So we can put people in an MRI scanner

Så vi kan placera människor i en magnetröntgen

and have them do a little video game

och låta dem spela lite TV-spel

like the one I showed you

ungefär som det jag visade er

and look for this signal.

och sedan titta efter den här signalen.

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

Och man hittar det i det mänskliga entorinala kortex

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

vilket är samma del av hjärnan som du ser rutnätsceller hos råttor i.

So back to Homer.

Tillbaka till Homer.

He's probably remembering where his car was

Han kommer förmodligen ihåg var hans bil var

in terms of the distances and directions

i termer av distans och riktning

to extended buildings and boundaries

till övriga byggnader och gränser

around the location where he parked.

runt platsen som han parkerade på.

And that would be represented

Det skulle då vara kartlagt

by the firing of boundary-detecting cells.

genom aktiveringen hos gränsavkännande celler.

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

Han kommer också ihåg vägen han tog ut från parkeringen,

which would be represented in the firing of grid cells.

som då kartläggs genom aktivering av rutnätsceller.

Now both of these kinds of cells

Båda de typerna av celler

can make the place cells fire.

kan få platscellerna att aktiveras.

And he can return to the location where he parked

Han kan alltså då återvända till platsen som han parkerade på

by moving so as to find where it is

genom att förflytta sig så att

that best matches the firing pattern

aktiveringsmönstret hos cellerna

of the place cells in his brain currently

på platsen då bäst matchar

with the stored pattern where he parked his car.

aktiveringsmönstret som han lagrat för där han parkerade bilen.

And that guides him back to that location

Och det guidar honom tillbaka till bilen

irrespective of visual cues

utan hänsyn till visuella referenser

like whether his car's actually there.

som huruvida bilen egentligen står där.

Maybe it's been towed.

Kanske har den bogserats bort.

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

Men han vet var den var så han vet var han ska hämta den.

So beyond spatial memory,

Undantaget spatialt minne,

if we look for this grid-like firing pattern

om vi tittar efter det här rutnätsliknande aktiveringsmönstret

throughout the whole brain,

över hela hjärnan,

we see it in a whole series of locations

så ser vi det på en hel rad platser

which are always active

som alltid är aktiva

when we do all kinds of autobiographical memory tasks,

när vi gör alla möjliga typer av "självbiografiska" minnesuppgifter

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

så som att komma ihåg när man senast var på bröllop, till exempel.

So it may be that the neural mechanisms

Så det kan vara så att de neurologiska mekanismerna

for representing the space around us

för kartläggning av utrymmet omkring oss

are also used for generating visual imagery

också används för att generera visuella bilder

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

så att vi kan återskapa rummet, åtminstone

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

för de händelser som har hänt när vi vill föreställa oss dem.

So if this was happening,

Så om det här skulle hända,

your memories could start by place cells activating each other

så skulle dina minnen börja i och med att platsceller aktiverar varandra

via these dense interconnections

via de här täta sammankopplingarna

and then reactivating boundary cells

och sen återaktivera gränsceller

to create the spatial structure

för att bygga upp den spatiala strukturen

of the scene around your viewpoint.

av miljön omkring din utgångspunkt.

And grid cells could move this viewpoint through that space.

Rutnätsceller kan då flytta den här utgångspunkten genom det utrymmet.

Another kind of cell, head direction cells,

En annan typ av cell, huvudriktningsceller,

which I didn't mention yet,

som jag inte har nämnt ännu,

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

de avfyras, i likhet med en kompass, i enlighet med den riktning du står.

They could define the viewing direction

De kan då definiera betraktningsvinkeln

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

från vilken du vill skapa en visuell bild,

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

så att du kan föreställa dig vad som hände när du var på det där bröllopet, till exempel.

So this is just one example

Så det här är bara ett exempel på

of a new era really

en verkligen ny era

in cognitive neuroscience

inom kognitiv neurologiforskning

where we're beginning to understand

där vi nu börjar förstå

psychological processes

psykologiska processer

like how you remember or imagine or even think

som hur du minns eller föreställer dig eller ens tänker

in terms of the actions

i termer av mekanismen

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

hos de miljarder enskilda neuroner som utgör hjärnan.

Thank you very much.

Tack så mycket.

(Applause)

(Applåder)