Masz w głowie wbudowany krokomierz. Czy to oznacza, że możesz przestać nosić opaskę sportową?

Ludzie nie muszą patrzeć na krokomierz czy na mapę, by wiedzieć, ile przeszli. Naukowcy z Intytutu Maxa Plancka udowodnili, że to zasługa niezwykłych procesów zachodzących w mózgu – dysponuje on mechanizmem, który pozwala śledzić przebyty dystans nawet bez udziału wzroku. Co jeszcze kryje się w naszych głowach?

Jak mózg śledzi przebyty dystans?

Zespół naukowców przeprowadził serię doświadczeń z udziałem myszy, podczas których uczył je pokonywać określony dystans w specjalnie przygotowanej przestrzeni pozbawionej punktów odniesienia. Myszy mogły polegać wyłącznie na własnym poczuciu ruchu i dystansu, bez wsparcia wzroku czy zapachu.

Badacze zarejestrowali aktywność tysięcy neuronów w hipokampie – strukturze mózgu, która odpowiada zarówno za pamięć, jak i za nawigację przestrzenną. Najważniejszym odkryciem było to, że nawet bez bodźców wzrokowych mózg potrafił precyzyjne „zliczać” dystans, wykorzystując specyficzne wzorce aktywności neuronalnej – aktywowały się one zgodnie z przebytą przez zwierzęta odległością.

Hipokamp ma funkcję krokomierza

Nie samo to było jednak najciekawsze. Zespół pod kierunkiem dr Yingxue Wang odkrył obecność dwóch przeciwstawnych sobie wzorców aktywności neuronów w mózgu. Pierwszy typ gwałtownie zwiększał swoją aktywność przy rozpoczęciu ruchu, po czym stopniowo się wyciszał w miarę pokonywania dystansu. Drugi działał odwrotnie – aktywność malała przy starcie, ale rosła w trakcie ruchu.

Ten dwufazowy wzorzec stał się dla naukowców kluczem do zrozumienia nowego kodu neuronalnego – sposobu, w jaki mózg zlicza przebyty dystans. Oznacza to, że neurony hipokampa kodują informacje nie tylko o miejscu, ale także o przebytej drodze: wykorzystują zróżnicowane tempo narastania aktywności neuronów. To zjawisko określono jako „ramping activity”.

– To pierwszy raz, gdy udało się wykazać, że dystans może być kodowany inaczej niż za pomocą rozpoznania lokalizacji. To znacząco poszerza nasze zrozumienie funkcji hipokampa – podkreśla Raphael Heldman, jeden z członków zespołu badawczego.

Myszy gubiły się bez „wewnętrznego GPS-a”

Samo odkrycie nie wystarczyło – naukowcy chcieli potwierdzić rolę zidentyfikowanych wzorców. W tym celu postanowili zakłócić funkcjonowanie obwodów neuronalnych odpowiedzialnych za te sygnały. Efekt? Myszy nagle nie były w stanie prawidłowo wykonać zadania. Często szukały nagrody w niewłaściwym miejscu, tak jakby „straciły zasięg”.

To pokazuje, jak bardzo nowo odkryte wzorce są kluczowe dla orientacji przestrzennej. Wskazuje to, że nawet bez wizualnych punktów odniesienia mózg ssaków potrafi „mierzyć” ruch i dystans za pomocą precyzyjnych kodów neuronalnych.

Znaczenie odkrycia dla leczenia Alzheimera

Dr Wang zauważa, że zrozumienie, w jaki sposób mózg koduje czas i dystans jest niezwykle istotne, ponieważ ta umiejętność pogarsza się już na wczesnym etapie choroby Alzheimera. Chorzy często zgłaszają problemy z orientacją przestrzenną w znanych miejscach lub nie wiedzą, jak dotarli do określonego punktu.

Wyniki badań wskazują, że utrata zdolności śledzenia dystansu i czasu może być jednym z pierwszych objawów choroby Alzheimera. Zespół badawczy zamierza teraz zbadać, w jaki sposób wzorce te są generowane w mózgu i jak wpływają na proces zapamiętywania.

Odkrycie to nie tylko rzuca światło na jeden z najmniej zrozumiałych mechanizmów działania mózgu, ale także może przyczynić się do wcześniejszej diagnozy choroby Alzheimera poprzez wykrycie deficytów w neuronalnym kodowaniu ruchu.

Czy naprawdę mamy w głowach krokomierz?

Badania nie pozostawiają wątpliwości: ludzki mózg także – tak jak i mysi – ma wbudowany „licznik kilometrów”, który działa niezależnie od wzroku. Odpowiadają za to komórki hipokampa, które tworzą rodzaj „wewnętrznego GPS-a”. To dzięki tym mechanizmom możemy odnaleźć się w ciemności, zapamiętywać trasy i rozpoznawać przestrzeń, nawet jeśli nie mamy przed oczami żadnych wyraźnych punktów orientacyjnych. Czy to nie wspaniałe?

Źródło: Nature Communications, Max Planck Florida Institute for Neuroscience

Nasz autor

Jonasz Przybył

Redaktor i dziennikarz związany wcześniej m.in. z przyrodniczą gałęzią Wydawnictwa Naukowego PWN, autor wielu tekstów publicystycznych i specjalistycznych. W National Geographic skupia się głównie na tematach dotyczących środowiska naturalnego, historycznych i kulturowych. Prywatnie muzyk: gra na perkusji i na handpanie. Interesuje go historia średniowiecza oraz socjologia, szczególnie zagadnienia dotyczące funkcjonowania społeczeństw i wyzwań, jakie stawia przed nimi XXI wiek.