Ο εγκέφαλος χαρτογραφεί ιδέες και αναμνήσεις σαν χώρους

Εμείς οι άνθρωποι βιώναμε πάντα μια περίεργη - και παράξενα βαθιά - σύνδεση μεταξύ των ψυχικών κόσμων και των φυσικών κόσμων που κατοικούμε, ειδικά όταν πρόκειται για τη μνήμη. Είμαστε καλοί στο να θυμόμαστε ορόσημα και ρυθμίσεις, και αν δώσουμε στις αναμνήσεις μας μια τοποθεσία για το πλαίσιο, η προσκόλληση σε αυτές γίνεται ευκολότερη. Για να θυμούνται μακροσκελείς ομιλίες, οι αρχαίοι Έλληνες και Ρωμαίοι ρήτορες φαντάζονταν να περιπλανιούνται σε «παλάτι μνήμης» γεμάτα υπενθυμίσεις. Οι σύγχρονοι πρωταθλητές διαγωνισμών μνήμης εξακολουθούν να χρησιμοποιούν αυτήν την τεχνική για να «τοποθετούν» μακριές λίστες με αριθμούς, ονόματα και άλλες πληροφορίες.

Όπως το έθεσε ο φιλόσοφος Immanuel Kant, η έννοια του χώρου χρησιμεύει ως η οργανωτική αρχή με την οποία αντιλαμβανόμαστε και ερμηνεύουμε τον κόσμο, ακόμη και με αφηρημένο τρόπο. «Η γλώσσα μας είναι γεμάτη χωρικές μεταφορές για τη συλλογιστική και για τη μνήμη γενικά», είπε ο Kim Stachenfeld, νευροεπιστήμονας στη βρετανική εταιρεία τεχνητής νοημοσύνης DeepMind.

Τις τελευταίες δεκαετίες, η έρευνα έχει δείξει ότι για τουλάχιστον δύο από τις ικανότητές μας, τη μνήμη και την πλοήγηση, αυτές οι μεταφορές μπορεί να έχουν φυσική βάση στον εγκέφαλο. Μια μικρή δομή σε σχήμα ιππόκαμπου, ο ιππόκαμπος, είναι απαραίτητη και για τις δύο αυτές λειτουργίες, και τα στοιχεία έχουν αρχίσει να υποδηλώνουν ότι το ίδιο σχήμα κωδικοποίησης - μια μορφή αναπαράστασης που βασίζεται σε πλέγμα - μπορεί να τις βασίζεται. Πρόσφατες ιδέες ώθησαν ορισμένους ερευνητές να προτείνουν ότι αυτό το ίδιο σχήμα κωδικοποίησης μπορεί να μας βοηθήσει να πλοηγηθούμε σε άλλα είδη πληροφοριών, συμπεριλαμβανομένων των όψεων, των ήχων και των αφηρημένων εννοιών. Οι πιο φιλόδοξες προτάσεις μάλιστα τολμούν ότι αυτοί οι κώδικες πλέγματος θα μπορούσαν να είναι το κλειδί για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ο εγκέφαλος επεξεργάζεται όλες τις λεπτομέρειες της γενικής γνώσης, της αντίληψης και της μνήμης.

Η αμνησία και τα εξάγωνα

Την 1η Σεπτεμβρίου 1953, ο Henry Molaison, ένας 27χρονος άνδρας που ο κόσμος θα γνώριζε ως «Ασθενής H.M.», έπεσε κάτω από το μαχαίρι σε μια επικίνδυνη, πειραματική προσπάθεια να θεραπεύσει μια εξουθενωτική περίπτωση επιληψίας. Ένας νευροχειρουργός αφαίρεσε τον ιππόκαμπο και τους περιβάλλοντες ιστούς από βαθιά μέσα στον εγκέφαλο του H.M., ανακουφίζοντας κάποιες από τις κρίσεις του, αλλά άθελά του άφησε έναν μόνιμο αμνησία. Μέχρι το θάνατό του, περισσότερο από μισό αιώνα αργότερα, ο H.M. δεν μπορούσε να κωδικοποιήσει νέες αναμνήσεις:ούτε αυτό που είχε φάει για πρωινό, ούτε τον πιο πρόσφατο τίτλο ειδήσεων, ούτε την ταυτότητα του αγνώστου στον οποίο είχε γνωρίσει μόλις λίγα λεπτά νωρίτερα.

Η ιστορία του H.M., αν και τραγική, έφερε επανάσταση στην κατανόηση των επιστημόνων για το ρόλο που παίζει ο ιππόκαμπος στον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος οργανώνει τη μνήμη.

Χρόνια αργότερα, μια άλλη επανάσταση με επίκεντρο τον ιππόκαμπο συνέβη και κέρδισε στους πρωτοπόρους της ένα βραβείο Νόμπελ:οι ανακαλύψεις, με διαφορά δεκαετιών, δύο τύπων κυττάρων, που κατέστησαν σαφές ότι οι θεμελιώδεις λειτουργίες της περιοχής του ιππόκαμπου δεν περιελάμβαναν μόνο τη μνήμη αλλά και την πλοήγηση και την αναπαράσταση δισδιάστατοι χώροι.

Το πρώτο από αυτά ήρθε το 1971, όταν οι ερευνητές ανακάλυψαν "κελιά τόπου", τα οποία ουσιαστικά πυροδοτούν για να υποδείξουν την τρέχουσα θέση κάποιου. Ο John O'Keefe, νευροεπιστήμονας στο University College του Λονδίνου, και οι συνάδελφοί του παρακολούθησαν την εγκεφαλική δραστηριότητα των αρουραίων που περιφέρονταν ελεύθερα και παρατήρησαν ότι ορισμένοι από τους νευρώνες τους πυροδοτούσαν μόνο όταν βρίσκονταν σε συγκεκριμένα σημεία των κλουβιών τους. Μερικοί δραστηριοποιήθηκαν καθώς ένας αρουραίος μύριζε, ας πούμε, τη βορειοανατολική γωνία του περιβόλου του, αλλά κατά τα άλλα παρέμενε ήσυχος. άλλοι πυροβόλησαν στο κέντρο του κλουβιού. Δηλαδή, τα κελιά κωδικοποίησαν μια αίσθηση του τόπου («είσαι εδώ») — και μαζί, δημιούργησαν έναν χάρτη ολόκληρου του χώρου. (Όταν ο αρουραίος τοποθετήθηκε σε διαφορετικό κλουβί ή δωμάτιο, αυτά τα κελιά "ξαναχαρτογραφήθηκαν", κωδικοποιώντας διαφορετικές τοπικές θέσεις.)

Αυτά τα ευρήματα ενέπνευσαν την πρόταση ότι ο ιππόκαμπος μπορεί να δημιουργεί και να αποθηκεύει «γνωστικούς χάρτες» (μια ιδέα που προτάθηκε για πρώτη φορά από τον ψυχολόγο Έντουαρντ Τόλμαν τη δεκαετία του 1940 για να εξηγήσει πώς οι αρουραίοι μπορούσαν να δημιουργήσουν νέες συντομεύσεις για ανταμοιβές σε λαβύρινθους) πέρα ​​από χωρικές. Τουλάχιστον, ο ιππόκαμπος φαινόταν σαν ένα πολλά υποσχόμενο μέρος για να αρχίσετε να αναζητάτε υποδείξεις για τέτοιους χάρτες.

Αυτή η εργασία οδήγησε τελικά ένα ζευγάρι τότε παντρεμένων επιστημόνων στο Νορβηγικό Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας, τους May-Britt Moser και Edvard Moser, να κατευθύνουν την προσοχή τους στον ενδορινικό φλοιό, που βρίσκεται ακριβώς δίπλα στον ιππόκαμπο. Η περιοχή παρέχει σημαντικές εισροές στον ιππόκαμπο - και είναι επίσης μια από τις πρώτες περιοχές του εγκεφάλου που επιδεινώνεται στη νόσο του Αλτσχάιμερ, η οποία επηρεάζει τόσο την πλοήγηση όσο και τη μνήμη. Εκεί, οι ερευνητές βρήκαν αυτό που ονόμασαν κύτταρα πλέγματος, τα οποία οι ειδικοί πιστεύουν τώρα ότι μπορεί να είναι ο πιο συναρπαστικός υποψήφιος για γνωστικό χαρτογράφο.

Σε αντίθεση με τα κελιά μέρους, τα κελιά πλέγματος δεν αντιπροσωπεύουν συγκεκριμένες τοποθεσίες. Αντίθετα, σχηματίζουν ένα σύστημα συντεταγμένων που είναι ανεξάρτητο από την τοποθεσία. (Ως αποτέλεσμα, είναι ευρέως γνωστά ως GPS του εγκεφάλου.) Κάθε κυψέλη πλέγματος ενεργοποιείται σε θέσεις που απέχουν τακτικά, οι οποίες σχηματίζουν ένα εξαγωνικό σχέδιο. Φανταστείτε το πάτωμα της κρεβατοκάμαράς σας είναι πλακάκι με κανονικά εξάγωνα, όλα του ίδιου μεγέθους, και κάθε εξάγωνο χωρίζεται σε έξι ισόπλευρα τρίγωνα. Καθώς περπατάτε στο δωμάτιο, ένα από τα κελιά του πλέγματος ενεργοποιείται κάθε φορά που φτάνετε σε μια κορυφή οποιουδήποτε από αυτά τα τρίγωνα.

Διαφορετικά σύνολα κελιών πλέγματος σχηματίζουν διαφορετικά πλέγματα:πλέγματα με μεγαλύτερα ή μικρότερα εξάγωνα, πλέγματα προσανατολισμένα σε άλλες κατευθύνσεις, πλέγματα μετατοπισμένα το ένα από το άλλο. Μαζί, τα κελιά πλέγματος χαρτογραφούν κάθε χωρική θέση σε ένα περιβάλλον και οποιαδήποτε συγκεκριμένη τοποθεσία αντιπροσωπεύεται από έναν μοναδικό συνδυασμό μοτίβων πυροδότησης των κυψελών πλέγματος. Το μόνο σημείο όπου επικαλύπτονται διάφορα πλέγματα λέει στον εγκέφαλο πού πρέπει να βρίσκεται το σώμα.

Αυτό το είδος δικτύου πλέγματος, ή κώδικας, δημιουργεί μια πιο εγγενή αίσθηση του χώρου από ό,τι οι κυψέλες του τόπου. Ενώ τα κελιά μέρους παρέχουν ένα καλό μέσο πλοήγησης όπου υπάρχουν ορόσημα και άλλες σημαντικές τοποθεσίες για την παροχή χωρικών πληροφοριών, τα κελιά πλέγματος παρέχουν ένα καλό μέσο πλοήγησης απουσία τέτοιων εξωτερικών ενδείξεων. Στην πραγματικότητα, οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα κύτταρα πλέγματος είναι υπεύθυνα για αυτό που είναι γνωστό ως ενοποίηση διαδρομής, τη διαδικασία με την οποία ένα άτομο μπορεί να παρακολουθεί πού βρίσκεται στο διάστημα — πόσο μακριά έχει ταξιδέψει από κάποιο σημείο εκκίνησης και προς ποια κατεύθυνση — ενώ ας πούμε, με δεμένα μάτια.

«Η ιδέα είναι ότι ο κώδικας πλέγματος θα μπορούσε επομένως να είναι κάποιο είδος μετρικού ή συστήματος συντεταγμένων», δήλωσε ο Jacob Bellmund, ένας γνωστικός νευροεπιστήμονας που συνδέεται με το Ινστιτούτο Max Planck στη Λειψία και το Ινστιτούτο Kavli για τη Νευροεπιστήμη Συστημάτων στη Νορβηγία. "Μπορείτε βασικά να μετρήσετε τις αποστάσεις με αυτό το είδος κώδικα." Επιπλέον, λόγω του τρόπου λειτουργίας του, αυτό το σχήμα κωδικοποίησης μπορεί να αντιπροσωπεύει μοναδικά και αποτελεσματικά πολλές πληροφορίες.

Και όχι μόνο αυτό:Εφόσον το δίκτυο πλέγματος βασίζεται σε σχετικές σχέσεις, θα μπορούσε, τουλάχιστον θεωρητικά, να αντιπροσωπεύει όχι μόνο πολλές πληροφορίες αλλά και πολλούς διαφορετικούς τύπους πληροφοριών. «Αυτό που συλλαμβάνει το κύτταρο πλέγματος είναι η δυναμική παρουσίαση της πιο σταθερής λύσης της φυσικής», είπε ο György Buzsáki, νευροεπιστήμονας στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης:«το εξάγωνο». Ίσως η φύση έφτασε σε μια τέτοια λύση για να επιτρέψει στον εγκέφαλο να αναπαραστήσει, χρησιμοποιώντας κύτταρα πλέγματος, οποιαδήποτε δομημένη σχέση, από χάρτες σημασιών λέξεων έως χάρτες μελλοντικών σχεδίων.

Ένας επεκτεινόμενος ρόλος για κελιά πλέγματος

«Σκεφτήκαμε πώς ο μηχανισμός του ιππόκαμπου και του ενδορινικού φλοιού θα μπορούσε να έχει πιο γενικό σκοπό», είπε ο Stachenfeld. "Είναι μια πραγματικά ισχυρή ιδέα, ότι μπορείτε να έχετε μια αναπαράσταση [κυψέλης πλέγματος] της δομής γενικά και να την εφαρμόσετε πιο γρήγορα σε νέες καταστάσεις." Αυτό, με τη σειρά του, θα επέτρεπε σε κάποιον «να συμπεριφέρεται πιο αποτελεσματικά, να μαθαίνει πολύ πιο γρήγορα».

Δεδομένου ότι οι ερευνητές συνήθως δεν μπορούσαν να κάνουν άμεσες μετρήσεις μεμονωμένων νευρώνων στα υποκείμενά τους, έπρεπε να γίνουν έξυπνοι με τη μεθοδολογία τους. Το 2010, για παράδειγμα, οι νευροεπιστήμονες ανακάλυψαν ένα συγκεκριμένο είδος σήματος που έπρεπε να αναζητήσουν στις σαρώσεις λειτουργικής μαγνητικής τομογραφίας (fMRI) του εγκεφάλου ως έμμεση υπογραφή της δραστηριότητας των κυττάρων πλέγματος. Αυτό το «εξακατευθυντικό» σήμα εμφανίζεται σε θέματα που πλοηγούνται σε ένα εικονικό περιβάλλον. Όπως αποδεικνύεται, χαρακτηρίζει και άλλες εργασίες, κάποιες χωρικές, άλλες όχι τόσο.

Ένα από τα πρώτα παραδείγματα ήρθε με συμπεριφορά που βρισκόταν κάπου ανάμεσα στα δύο:την πλοήγηση στον οπτικό χώρο. Όταν οι πίθηκοι, με τα κεφάλια τους στερεωμένα στη θέση τους, παρακολουθούσαν εικόνες μόνο με τα μάτια τους, οι ερευνητές βρήκαν στοιχεία δραστηριότητας κυττάρων πλέγματος στον ενδορινικό φλοιό. Πιο πρόσφατη εργασία σε ανθρώπους αποκάλυψε την ίδια εξακατευθυντική υπογραφή και ορισμένα πειράματα έχουν ακόμη εντοπίσει άλλες, πιο άμεσες ιδιότητες του κώδικα πλέγματος που έχουν ήδη παρατηρηθεί σε εργασίες φυσικής πλοήγησης.

Παρόμοιες αρχές μπορεί επίσης να καθοδηγούν τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος κωδικοποιεί τον χρόνο. Ο ιππόκαμπος έχει ήδη βρεθεί ότι περιέχει κύτταρα τόπου που συμπεριφέρονται επίσης ως νευρώνες «χρονικών κυττάρων» σε ορισμένες καταστάσεις, ενεργοποιώντας για να υποδείξουν διαδοχικές στιγμές στο χρόνο (και όχι διαδοχικές θέσεις στο χώρο). Οι αρουραίοι θα έτρεχαν μέσα από έναν λαβύρινθο, στον οποίο ένα τμήμα περιελάμβανε τροχοδρόμηση στη θέση του σε έναν τροχό ή διάδρομο για κάποιο προκαθορισμένο αριθμό δευτερολέπτων πριν συνεχίσουν παρακάτω. Κατά τη διάρκεια του διαστήματος που οι αρουραίοι έτρεχαν στη θέση τους, η πραγματική τους θέση παρέμεινε σταθερή, τα κύτταρα πυροδοτήθηκαν στον ιππόκαμπό τους για να παρακολουθήσουν τη χρονική τους εξέλιξη:Μερικοί νευρώνες ήταν ενεργοί για τα πρώτα δευτερόλεπτα, άλλοι για τα επόμενα λίγα και ούτω καθεξής. Το εύρημα "φέρνει τον χρόνο ως διαφορετική διάσταση στην εξίσωση", είπε ο Bellmund.

Πιο πρόσφατα, η εργασία δημοσιεύτηκε στο Nature το περασμένο καλοκαίρι βρήκε στοιχεία για ένα σύστημα κωδικοποίησης που αναπαριστά μοναδικά τον χρόνο στο πλαίσιο αναμνήσεων ή εμπειριών. Μια ομάδα ερευνητών, με επικεφαλής τους Mosers, αποκάλυψε ένα σχήμα κωδικοποίησης για το χρόνο που εκτείνεται σε πολλαπλές κλίμακες, από δευτερόλεπτα έως ώρες. Αν και δεν έχει δημιουργηθεί ακόμη σαφής σύνδεση μεταξύ της χρονικής οργάνωσης και των κυψελών πλέγματος, οι επιστήμονες έχουν δει υποδείξεις σύνδεσης:Για παράδειγμα, τα κύτταρα πλέγματος σηματοδοτούν το χρόνο που έχει παρέλθει σε αρουραίους που τρέχουν σε διαδρόμους.

Πέρυσι, μια ομάδα επιστημόνων στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον έφερε μια άλλη πιθανή διάσταση στη μίξη:τον ήχο. Παρακολούθησαν τη δραστηριότητα του εγκεφάλου σε αρουραίους που πίεζαν έναν μοχλό για να αλλάξουν τη συχνότητα ενός εκπεμπόμενου τόνου ώστε να ταιριάζει με αυτόν που είχαν ακούσει προηγουμένως. Οι παρατηρήσεις τους άφησαν να εννοηθεί ότι οι αρουραίοι μπορεί να πλοηγούνται διανοητικά σε έναν «ακουστικό χώρο» στο μυαλό τους για να βρουν τον επιθυμητό τόνο. [Σημείωση του συντάκτη:Αυτό το έργο χρηματοδοτήθηκε εν μέρει από το Ίδρυμα Simons, το οποίο χρηματοδοτεί επίσης αυτό το εκδοτικά ανεξάρτητο περιοδικό.]

Ίσως το πιο δελεαστικό από όλα, ένα πείραμα που διεξήχθη το 2016 εισήγαγε ένα πολύ πιο αφηρημένο πλαίσιο για τη συμπεριφορά των κυψελών πλέγματος. Ερευνητές με επικεφαλής τον Timothy Behrens, έναν υπολογιστικό νευροεπιστήμονα στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, έβαλαν ανθρώπους να παρακολουθήσουν τη σιλουέτα ενός πουλιού σε μια οθόνη καθώς το μήκος του λαιμού του, το μήκος των ποδιών του ή και τα δύο ήταν τεντωμένα και συμπιεσμένα. Το εξακατευθυντικό σήμα προέκυψε στα δεδομένα fMRI τους, σε αρκετές περιοχές του εγκεφάλου. διέφερε ακριβώς σαν τα υποκείμενα της δοκιμής να περιηγούνταν σε έναν δισδιάστατο «χώρο πουλιών», όπου ο ένας άξονας υποδηλώνει το μήκος του λαιμού και το άλλο μήκος του ποδιού.

Το εύρημα πρότεινε ότι ο εγκέφαλος επεξεργάζεται τις τροχιές μέσω φυσικών χώρων και εννοιολογικών χώρων με τον ίδιο σχεδόν τρόπο. Τώρα, ερευνητές, όπως ο Behrens, ο Bellmund και ο νευροεπιστήμονας Christian Doeller, προτείνουν ότι όλη η γνώση μπορεί να σχεδιαστεί με αυτόν τον τρόπο, όσον αφορά τα χαρακτηριστικά ενδιαφέροντος — ότι διαφορετικά αντικείμενα, διαφορετικές εμπειρίες και διαφορετικές αναμνήσεις μπορούν να οργανωθούν και να διασχιστούν με τον κώδικα πλέγματος.

«Φαίνεται να είναι αρκετά αυθαίρετο, ποιες διαστάσεις μπορεί να χαρτογραφήσει», είπε ο Bellmund. "Αυτό που είναι ενδιαφέρον είναι ότι φαίνεται να είναι τόσο γενικό σε όλους τους τομείς, αλλά ο μηχανισμός φαίνεται να διατηρείται."

Αυτή η εργασία, πρόσθεσε ο Thomas Wolbers, ένας γνωστικός νευροεπιστήμονας στο Γερμανικό Κέντρο Νευροεκφυλιστικών Νοσημάτων, θέτει υπό αμφισβήτηση την ιδέα ότι τα κύτταρα πλέγματος αποτελούν απλώς «ένα καθαρό σήμα τοποθεσίας» — ενσύρματο και εξειδικευμένο. «Μέχρι στιγμής, το είχαμε δει μόνο στο διάστημα επειδή κοιτούσαμε μόνο εργασίες πλοήγησης και παραδείγματα», είπε. "Μπορεί να είναι πολύ πιο πανταχού παρόν."

Η δύναμη της αναλογίας

Ένας τομέας που έχει δει κάποια ενδιαφέροντα προκαταρκτικά αποτελέσματα είναι η κοινωνική συμπεριφορά. Σκεφτόμαστε την κοινωνία με χωρικούς όρους όλη την ώρα:Υπάρχουν κοινωνικές σκάλες για να ανέβουμε, δίκτυα για να οικοδομήσουμε και να επεκταθούμε, άνθρωποι που θεωρούμε «κοντά» ή «μακρινά». Τώρα, ορισμένες ερευνητικές ομάδες διερευνούν τις κοινωνικές σχέσεις για στοιχεία του κώδικα πλέγματος.

Μια πρόσφατη μελέτη δημιούργησε έναν δισδιάστατο χώρο που δεν μοιάζει με το πείραμα με τα πουλιά:Οι άνθρωποι έπαιξαν ένα παιχνίδι στον υπολογιστή, αλληλεπιδρώντας με χαρακτήρες με τρόπους που θα μπορούσαν να αλλάξουν τα επίπεδα ισχύος ή τη σχέση τους. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο ιππόκαμπος φαινόταν να παρακολουθεί τις θέσεις των χαρακτήρων σε αυτόν τον χώρο, σε σχέση με το υποκείμενο της δοκιμής. Αν και το πείραμα δεν προσδιόρισε εάν ο ιππόκαμπος πλοηγείται σε αυτές τις κοινωνικές πληροφορίες με τρόπο πλέγμα, ο Matthew Schafer, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Icahn School of Medicine στο Mount Sinai που εργάζεται επί του παρόντος στο έργο, αναμένει να βρει το ενδεικτικό εξακατευθυντικό σήμα. (Ο ίδιος και άλλοι τώρα μελετούν πώς αυτή η πλοήγηση μπορεί να διαταραχθεί ή να επηρεαστεί με άλλο τρόπο σε άτομα με παθήσεις όπως η διαταραχή του φάσματος του αυτισμού.)

Αυτές οι ιδέες θα μπορούσαν να κάνουν χρήσιμη την αναζήτηση ενδείξεων που κρύβονται και σε άλλα είδη χωρικών μεταφορών:Οι νευρώνες πέρα ​​από τα κύτταρα του τόπου και τα κύτταρα πλέγματος, τελικά, μπορεί επίσης να έχουν κάτι να συνεισφέρουν. Υπάρχουν κελιά κατεύθυνσης κεφαλής που πυροβολούν όταν ένα ζώο στρέφει το κεφάλι του προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση και κελιά ταχύτητας που υποδεικνύουν τον ρυθμό με τον οποίο κινείται κανείς στο διάστημα, ακόμη και οριακές κυψέλες που αντιπροσωπεύουν τη θέση των τοίχων ή άλλων περιβαλλοντικών συνόρων.

Η μελέτη αυτών των νευρώνων σε πιο αφηρημένα πλαίσια μπορεί να αποφέρει νέες ιδέες. Για παράδειγμα, η οριακή κυτταρική δραστηριότητα έχει αναφερθεί όχι μόνο για τα όρια ενός φυσικού χώρου αλλά και για τα όρια μεταξύ ξεχωριστών γεγονότων σε μια χρονική ακολουθία. Θα μπορούσαν αυτοί οι νευρώνες να παίξουν επίσης κάποιο ρόλο στο σχηματισμό συνόρων μεταξύ των εννοιών, στη δημιουργία διακριτών τομέων γνώσης στον εγκέφαλο; Ή θα μπορούσαν τα κελιά κατεύθυνσης κεφαλής να βοηθήσουν κάποιον να προσανατολιστεί σε ένα δεδομένο θέμα; Οι δυνατότητες για τέτοιες αναλογίες είναι τεράστιες.

Το ίδιο ισχύει και για την καλύτερη κατανόηση των ασθενειών και άλλων καταστάσεων. Ο Wolber μελετά τη γήρανση και σε μια πρόσφατα δημοσιευμένη εργασία, αυτός και οι συνάδελφοί του εξέτασαν πώς αλλάζει ο κώδικας πλέγματος χωρικής πλοήγησης στους ηλικιωμένους. Διαπίστωσαν ότι το σήμα έγινε λιγότερο σταθερό, με το πλέγμα να κυμαινόταν μεταξύ των προσανατολισμών - και ότι οι άνθρωποι με λιγότερο σταθερά πλέγματα ήταν επίσης πολύ λιγότερο ικανοί στο να παρακολουθούν τη σχετική θέση τους όταν είχαν δεμένα μάτια και οδηγούσαν σε μια κυκλική πορεία. Ο Wolbers προτείνει ότι εάν ο κώδικας πλέγματος χρησιμοποιείται για την επεξεργασία πολλών ειδών πληροφοριών και αναμνήσεων, είναι πιθανό μια παθολογία που αποσταθεροποιεί το σύστημα χωρικού πλέγματος να έχει μια γενικότερη επίδραση στη σταθερότητα της μνήμης και σε άλλους τομείς της γνώσης.

Ωστόσο, «σε αυτό το στάδιο», προειδοποίησε, «τα διαθέσιμα δεδομένα είναι σπάνια. Πρέπει να είμαστε προσεκτικοί.”

Η Kate Jeffery, νευροεπιστήμονας συμπεριφοράς στο University College του Λονδίνου, συμφώνησε. Σίγουρα, ο εγκέφαλος μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα κοινό σύστημα για την κωδικοποίηση χωρικής και μη χωρικής γνώσης, εάν η τελευταία μπορεί να αναπαρασταθεί ως μεταβαλλόμενη συνεχώς σε μια δισδιάστατη κλίμακα. Αλλά είναι επίσης πιθανό ορισμένες γνωστικές εργασίες να είναι τόσο περίπλοκες και αφύσικές που ο εγκέφαλος αναγκάζεται να βασιστεί σε ένα χωρικό ανάλογο ως δεκανίκι για να τις ξεπεράσει. Ίσως τα πειράματα σχετικά με τη συχνότητα του ήχου και τα τεντωμένα πουλιά αξιοποίησαν αυτό το χαρακτηριστικό, είπε ο Jeffery.

Ένα ενοποιητικό πλαίσιο

Για να ενισχύσουν περαιτέρω τις ευρύτερες εφαρμογές του κώδικα πλέγματος, οι ερευνητές ελπίζουν πρώτα να καταλάβουν πώς αυτά τα κύτταρα μπορεί να λειτουργούν σε περισσότερες από δύο διαστάσεις, δεδομένου ότι η γνώση υψηλότερου επιπέδου τείνει να περιλαμβάνει πολύ περισσότερα από ζεύγη ποιοτήτων, όπως το μήκος του λαιμού και το πόδι μήκος, ή δύναμη και συσχέτιση. Αυτό είναι κάτι που εξετάζεται επί του παρόντος στις ιπτάμενες νυχτερίδες, οι οποίες πλοηγούνται σε τρεις διαστάσεις και όχι μόνο σε δύο.

Μερικοί ερευνητές κάνουν ακόμη πιο τολμηρούς ισχυρισμούς. Ο Jeff Hawkins, ο ιδρυτής της εταιρείας νοημοσύνης μηχανών Numenta, ηγείται μιας ομάδας που εργάζεται για την εφαρμογή του κώδικα πλέγματος όχι μόνο για να εξηγήσει τις λειτουργίες που σχετίζονται με τη μνήμη της περιοχής του ιππόκαμπου, αλλά και για να κατανοήσει ολόκληρο τον νεοφλοιό — και μαζί του, για να εξηγήσει όλα τα γνώση και πώς μοντελοποιούμε κάθε πτυχή του κόσμου γύρω μας. Σύμφωνα με τη «θεωρία του για τη νοημοσύνη των χιλιάδων εγκεφάλων», είπε, «ο φλοιός δεν επεξεργάζεται μόνο την αισθητηριακή είσοδο, αλλά μάλλον την επεξεργάζεται και την εφαρμόζει σε μια τοποθεσία». Όταν σκέφτηκε για πρώτη φορά την ιδέα και πώς τα κελιά του πλέγματος μπορεί να τη διευκολύνουν, πρόσθεσε, "Πήδηξα από την καρέκλα μου, ήμουν τόσο ενθουσιασμένος."

Φανταστείτε να κλείνετε τα μάτια σας και να τυλίγετε τα χέρια σας γύρω από ένα άγνωστο αντικείμενο:σε αυτή την περίπτωση, ένα φλιτζάνι καφέ. Ο Hawkins υποστηρίζει ότι ο εγκέφαλος λαμβάνει πληροφορίες σχετικά με τη θέση κάθε κομματιού δέρματος που αγγίζει την επιφάνεια του κυπέλλου, σε σχέση με το ίδιο το κύπελλο - όπως ο κώδικας πλέγματος σας επιτρέπει να γνωρίζετε τη θέση του σώματός σας στο διάστημα, σε σχέση με το δωμάτιο στο οποίο βρίσκεστε Κάθε έμπλαστρο δέρματος δημιουργεί ένα ανεξάρτητο μοντέλο του τι μπορεί να αγγίζει. Στη συνέχεια, όλα αυτά τα μοντέλα διασταυρώνονται για να καταλήξουν στο συμπέρασμα ότι το αντικείμενο είναι πράγματι ένα φλιτζάνι καφέ.

Ο Hawkins πιστεύει ότι η ίδια λογική μπορεί να εφαρμοστεί σε οτιδήποτε έχει ένα δομημένο πλαίσιο. «Ό,τι κάνουμε – σχεδιασμός, μαθηματικά, φυσική, γλώσσα – θα βασιζόταν στην ίδια αρχή», είπε. "Νομίζω ότι βρισκόμαστε σε ένα κατώφλι εδώ, όπου ξαφνικά θα έχουμε ένα νέο παράδειγμα για την κατανόηση του πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος."

Αν και η υπόθεση έχει κεντρίσει το ενδιαφέρον μεταξύ άλλων ερευνητών, αυτοί παραμένουν δύσπιστοι ότι θα βρεθούν κύτταρα πλέγματος πέρα ​​από την περιοχή του ιππόκαμπου και λένε ότι ο Χόκινς και η ομάδα του έχουν πολύ δρόμο να διανύσουν για να αποδείξουν τη δύναμη του μοντέλου τους.

Παρόλα αυτά, παρέχει ένα καλό σημείο εκκίνησης για να σκεφτούμε πώς να βελτιώσουμε την τεχνητή νοημοσύνη. Εάν το πλαίσιο πλέγματος είναι πράγματι γενικό, θα μπορούσε να γίνει μίμηση για την κατασκευή μηχανών που είναι πολύ πιο ευέλικτες, δημιουργικές, γενικές και ισχυρές.

Το πεδίο μόλις αρχίζει να καταπιάνεται με αυτές τις έννοιες. Προς το παρόν, οι ερευνητές συνεχίζουν να διερευνούν τη δραστηριότητα του ιππόκαμπου σε μια σειρά από διαφορετικά πλαίσια, με την ελπίδα να ενώσουν επιτέλους τις λειτουργίες μνήμης και πλοήγησης μια για πάντα. "Όταν οι εννοιολογικές και γνωστικές ιδέες αρχίζουν πραγματικά να συνδέονται με τα πολύ χαμηλού επιπέδου νευρωνικά δεδομένα", είπε ο Stachenfeld, "είναι πραγματικά πολύ ικανοποιητικό."

Αυτό το άρθρο ανατυπώθηκε στις  TheAtlantic.com .