Abilitatea creierului de a percepe spațiul, asemănătoare expansiunii Universului

Copiii mici cred uneori că Luna îi urmărește sau au senzația că pot ajunge la ea și că o pot atinge. Pare a fi mult mai probabil decât este proporțional cu distanța reală. Pe măsură ce ne deplasăm în viața de zi cu zi, avem tendința de a crede că navigăm în spațiu într-un mod liniar. Dar oamenii de știință de la Institutul Salk din California, SUA au descoperit că timpul petrecut explorând un mediu determină creșterea reprezentărilor neuronale în moduri surprinzătoare. 

Constatările, publicate recent în Nature Neuroscience arată că neuronii din hipocamp, esențiali pentru navigare spațială, memorie și planificare, reprezintă spațiul, într-o manieră care se conformează unei geometrii hiperbolice neliniare, adică o întindere tridimensională care crește exponențial spre exterior.

Cercetătorii au constatat că mărimea acelui spațiu crește cu timpul petrecut într-un loc. Iar dimensiunea crește într-o manieră logaritmică care se potrivește cu creșterea maximă posibilă a informațiilor procesate de creier, conform EurekAlert.

Legătura dintre explorarea unui spațiu și extinderea unei hărți neuronale

Această descoperire oferă metode valoroase pentru analizarea datelor privind tulburările neurocognitive care implică învățarea și memoria, cum ar fi boala Alzheimer.

„Studiul nostru demonstrează că, de fapt, creierul nu acționează mereu într-o manieră liniară. În schimb, conexiunile neuronale funcționează de-a lungul unei curbe în expansiune, care poate fi analizată și înțeleasă cu ajutorul geometriei hiperbolice și al teoriei informației. Este interesant de observat că răspunsurile neuronale din această zonă a creierului au format o hartă care s-a extins odată cu experiența, în funcție de timpul petrecut într-un anumit loc. Efectul s-a menținut chiar și pentru abateri minuscule în timp, atunci când animalul a alergat mai încet sau mai repede prin mediul înconjurător”, spune profesorul Salk Tatyana Sharpee, titular al catedrei Edwin K. Hunter, care a condus cercetarea.

În studiul actual, oamenii de știință au descoperit că geometria hiperbolică ghidează și răspunsurile neuronale. Hărțile hiperbolice ale moleculelor și evenimentelor senzoriale sunt percepute cu hărți neuronale hiperbolice. Reprezentările spațiale s-au extins în mod dinamic în corelație cu timpul petrecut de șobolan explorând fiecare mediu. Și, atunci când un șobolan se deplasa mai încet printr-un mediu, dobândea mai multe informații despre spațiu, ceea ce făcea ca reprezentările neuronale să crească și mai mult.

Capacitatea creierului de a percepe spațiul se extinde la fel ca Universul

„Descoperirile oferă o perspectivă nouă asupra modului în care reprezentările neuronale pot fi modificate odată cu experiența. Principiile geometrice identificate în studiul nostru pot ghida, de asemenea, eforturile viitoare de înțelegere a activității neuronale în diverse sisteme cerebrale”, spune Huanqiu Zhang, student absolvent în laboratorul lui Sharpee.

Prof. Tatyana Sharpee este de părere că geometria hiperbolică se aplică și creierului uman, nu doar Cosmosului.

„Ai putea crede că geometria hiperbolică se aplică doar la scară cosmică, dar nu este adevărat. Creierul nostru funcționează mult mai încet decât viteza luminii, ceea ce ar putea fi un motiv pentru care efectele hiperbolice sunt observate pe spații sesizabile în loc de cele astronomice. În continuare, am dori să aflăm mai multe despre modul în care aceste reprezentări hiperbolice dinamice din creier cresc, interacționează și comunică între ele”, spune Sharpee.

Vă mai recomandăm și: 

Cum ne antrenăm creierul? Exercițiile fizice, socializarea și pasiunile sunt cele mai importante

Ceva neașteptat are loc în creierul uman atunci când mângâiem un câine

Oamenii de știință au identificat neuronii care dau naștere fricii

Oamenii de știință au prezentat un dispozitiv care poate activa neuronii