Bạn đang trên đường đi làm, khi tâm trí bạn trôi dạt về phía trước bài giảng bạn dự kiến ​​sẽ đưa ra vào buổi chiều. Bạn tập lại bài nói chuyện với chính mình khi bạn kéo lên văn phòng, chuẩn bị cho mình những câu hỏi mà đồng nghiệp có thể hỏi. Sau đó, khi bạn loại bỏ hộp thư điện tử của mình, bạn sẽ nghiền ngẫm các tùy chọn ăn trưa của mình khi bạn cuộn vô tận.

Đây chỉ là một vài ví dụ về cách mọi hành động chúng ta thực hiện trong thế giới thực cũng mang theo nó hành động thay thế, ẩn mà chúng ta chỉ tưởng tượng thực hiện. Nỗ lực nghiên cứu đáng kể đã được đầu tư để hiểu cách thức và lý do đưa ra quyết định chủ động của chúng tôi, nhưng những bằng chứng mới cho chúng ta biết rằng thời gian chúng ta dành cho thực tế thay thế cũng phục vụ một mục đích thần kinh quan trọng.

Nhiều phần của bộ não phối hợp với nhau để xây dựng bản đồ tinh thần của chúng ta, nhưng những người chơi chính trong điều hướng không gian là hải mã, chỗ ngồi của bộ nhớ trong não và vỏ não, nằm cạnh hippocampus và chuyển tiếp thông tin được tạo ra ở đó đến các khu vực xử lý cao hơn.

Ngay từ năm 1948, người ta đã đề xuất rằng loài gặm nhấm dựa vào các tín hiệu môi trường khác nhau để tạo ra các bản đồ để thưởng trong các nhiệm vụ học tập mê cung. Tuy nhiên, bản chất của bản đồ này và các tế bào tạo ra nó vẫn còn là một bí ẩn. Ba mươi năm sau, các nhà nghiên cứu quan sát thấy các tế bào hồi hải mã cụ thể ở chuột cháy thường xuyên hơn khi chúng vào những nơi cụ thể. Đáng chú ý, mô hình bắn của các mạng tế bào này ổn định theo thời gian, ngay cả khi không có tín hiệu có mặt khi kích hoạt ban đầu. Việc phát hiện ra những tế bào được đặt tên mô tả này, tên lửa đã mở đường cho một cuộc thẩm vấn chính xác hơn về cơ sở sinh học thần kinh của việc tìm đường.

Khi các ô địa điểm được phát hiện, chức năng được đề xuất của chúng là tạo ra một bản đồ địa hình một-một của một không gian nhất định. Trên đường từ thế giới vật lý đến não, hầu hết các biểu hiện cảm giác của chúng ta thể hiện những gì được gọi là tổ chức địa hình. Hãy tưởng tượng vào trong xe của bạn và đặt ra cho những phần chưa biết. Bạn có thể dựa vào điều hướng vệ tinh, GPS hoặc bản đồ giấy để hướng dẫn bạn đến đích. Giống như mỗi điểm trên bản đồ của bạn tương ứng với một mốc cụ thể trên hành trình của bạn, hãy đặt các ô tự neo vào các mốc cụ thể trong môi trường để định hướng bạn trong không gian.

Địa hình không gian bên trong của chúng tôi phức tạp hơn, với các tế bào vùng đồi thị mã hóa các biểu hiện của các kích thích, tín hiệu hoặc phần thưởng cụ thể trong bối cảnh động vật cư xử trong các không gian đó. Ví dụ, hãy tưởng tượng đến sân bay ở một đất nước xa lạ. Bạn có thể có kiến ​​thức chung về khái niệm sân bay, cùng với các địa danh trực quan quen thuộc, neo bạn trong không gian mới này. Một số thông tin này là tiểu sử, dựa trên những ký ức độc đáo của bạn về các sân bay khác.

Tùy thuộc vào việc những trải nghiệm này là tích cực hay tiêu cực, ý nghĩa cảm xúc của những không gian này cũng sẽ góp phần vào bản đồ cá nhân của bạn và tất cả các yếu tố này kết hợp để tạo ra trải nghiệm về không gian phong phú hơn nhiều so với việc lắp ráp các cột mốc đơn giản.

Các vị trí đặt các tế bào neo vào các mốc cụ thể trong môi trường để định hướng bạn trong không gian.

Các nghiên cứu gần đây hơn ở các loài linh trưởng tiết lộ rằng các tế bào vùng đồi thị hoạt động hơi khác nhau trong bộ não linh trưởng so với các loài động vật gặm nhấm, bắn ra để đáp ứng với một loạt các kích thích khác nhau không bị ràng buộc theo vị trí. Công việc đang diễn ra ở chuột, linh trưởng và con người cũng đã xác định rằng hải mã không phải là một diễn viên đơn độc. Nhập vào vỏ não, nơi chuyển tiếp thông tin cảm giác đến vùng đồi thị và đóng vai trò là cầu nối đến vùng vỏ não mới, nơi nhiều lệnh nhận thức và vận động tinh vi hơn của chúng ta được ban hành.

Các nhà nghiên cứu gần đây đã mô tả một mạng lưới các tế bào trong vỏ não được gọi là tế bào lưới lưới, mã hóa chuyển động của riêng bạn so với môi trường của bạn, thêm một phần quan trọng vào câu đố ô địa điểm khi nói đến các chiến lược điều hướng rộng hơn. Các mạng lưới có thể vẽ chính xác hướng và khoảng cách giữa các vật thể trong một không gian, dựa trên các tín hiệu chuyển động bên trong hơn là đầu vào cảm giác từ chính không gian đó. Các hệ thống này phối hợp với nhau để thể hiện linh hoạt các không gian theo cách có thể được sửa đổi theo kinh nghiệm, kết hợp linh hoạt thông tin mới nhưng cũng cho phép các không gian này trở nên quen thuộc theo thời gian.

Nhưng một khi chúng ta có một đại diện của một không gian trong tâm trí, làm thế nào để chúng ta quyết định làm thế nào để tương tác với nó? Điều này đòi hỏi phải ra quyết định tích cực và nhiên liệu cho quyết định là phần thưởng. Đây là nơi mà các thuộc tính phi không gian của các tế bào thần kinh tạo nên các hệ thống điều hướng của chúng ta trở nên đặc biệt quan trọng. Các nhà nghiên cứu tìm thấy trên các nghiên cứu gặm nhấm rằng giá trị phần thưởng nhận được hoặc tầm quan trọng của các đối tượng nhất định trong môi trường có thể làm thay đổi mô hình bắn của các tế bào nhiều hơn theo hướng của chúng. Do đó, giá trị phần thưởng được dự đoán cao hơn liên quan đến một ngã rẽ hoặc vị trí nhất định trong mê cung sẽ dự đoán chuyển động theo hướng đó. Vậy những con đường không được chọn thì sao?

Gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu tại UCSF đo tế bào nơi hồi hải mã bắn vào chuột khi chúng hoàn thành nhiệm vụ điều hướng không gian. Những con chuột được đặt trong một mê cung và hoạt động thần kinh của chúng được mô phỏng theo thời gian thực khi chúng chọn giữa các con đường chuyển hướng tại một điểm lựa chọn. Bằng cách này, các nhà nghiên cứu đã có thể chỉ định các mô hình bắn tế bào địa điểm tương ứng với từng nhánh của mê cung sau khi con chuột đưa ra lựa chọn và tiến hành di chuyển dọc theo nó.

Đáng kinh ngạc, khi con chuột đến gần điểm lựa chọn, từng bộ tế bào vị trí đại diện cho một trong hai mê cung bắn ra xen kẽ, tung xúc xắc vào một trong hai tương lai có thể trước khi lựa chọn được đưa ra. Điều này có nghĩa là không chỉ con đường mà động vật cuối cùng đi trong thời gian thực, mà là con đường thay thế có thể, được thể hiện như nhau trong không gian thần kinh, cung cấp một lời giải thích cơ học cho các biểu hiện tinh thần của tương lai.

Đường dẫn thay thế có thể, được thể hiện như nhau trong không gian thần kinh, cung cấp một lời giải thích cơ học cho các đại diện tinh thần của tương lai.

Ở loài gặm nhấm, các nghiên cứu điều hướng diễn ra trong các tổ hợp mặt bàn đơn giản không thể nắm bắt được sự phức tạp của môi trường trong thế giới thực. thực tế ảo đã trở nên phổ biến hơn bao giờ hết như là giải trí cá nhân, nhưng nó cũng cung cấp cho các nhà nghiên cứu mức độ đa dạng và kiểm soát chưa từng có trong nghiên cứu điều hướng không gian. Một nhóm ở Anh đã sử dụng một trò chơi di động có tên Sea Hero Quest để nắm bắt một trong những bộ dữ liệu lớn nhất về lý luận không gian giữa các nhóm tuổi được ghi nhận.

Dữ liệu trò chơi chỉ ra rằng lý luận không gian có thể bắt đầu giảm dần khi chúng ta còn 19 tuổi và các lựa chọn tuyến đường của người chơi khác nhau tùy thuộc vào việc họ có mang biến thể e4 của gen APOE từ lâu đã được sử dụng làm dấu hiệu chẩn đoán lâm sàng cho bệnh Alzheimer hay không. Các chiến lược mới lạ như thế này biến các trò chơi di động đơn giản thành các công cụ thu thập dữ liệu lâm sàng có thể mở rộng đáng kể sự hiểu biết của chúng ta về cách chính xác các bệnh thoái hóa thần kinh tiến triển và tăng tốc độ phát triển chẩn đoán sớm được cá nhân hóa cao.

Phần lớn sự hiểu biết của chúng ta về cách chúng ta nghĩ về tương lai đã xuất hiện từ việc nghiên cứu những bệnh nhân không còn nhớ lại quá khứ. Ngay từ những ngày đầu của khoa học thần kinh, khi các nghiên cứu về tổn thương thường là công cụ hữu ích nhất để chúng ta tìm hiểu về chức năng của các phần khác nhau của não, chúng ta đã hiểu rằng hải mã là cần thiết để thu hồi bộ nhớ.

Tổn thương vùng đồi thị có liên quan đến chứng hay quên, cũng như suy luận không gian bị suy yếu. Nhưng một số nghiên cứu mang tính bước ngoặt đã chỉ ra rằng chấn thương vùng đồi thị cũng cản trở khả năng tưởng tượng các sự kiện giả định. Thông thường, bệnh nhân mất trí nhớ không chỉ gặp khó khăn khi nhớ lại thông tin tiểu sử gần đây, mà khi được nhắc chỉ có thể đưa ra những tuyên bố chung về các sự kiện sắp tới trong cuộc sống của họ.

Mất trí nhớ là phổ biến khi chúng ta già đi, nhưng như nhiều nghiên cứu chứng minh, khả năng điều hướng trong không gian của chúng ta cũng suy giảm khi chúng ta già đi. Những thiếu sót này xuất hiện ở độ tuổi sớm hơn so với các biện pháp suy giảm nhận thức chung khác, cho thấy rằng một số chức năng của hệ thống điều hướng là duy nhất và hoạt động độc lập với các loại bộ nhớ và xử lý thông tin khác ở vùng hải mã.

Các cấu trúc dễ bị tổn thương nhất trong bộ não lão hóa là những cấu trúc mã hóa chuyển động, chẳng hạn như vỏ não. Hippocampal nơi bắn tế bào cũng trở nên thất thường ở những con chuột già. Đáng kể, các cấu trúc chịu trách nhiệm định hướng chúng ta trong không gian cũng dễ bị tổn thương nhất đối với bệnh lý Alzheimer, chỉ ra suy giảm khả năng điều hướng là một tiêu chí chẩn đoán sớm tiềm năng cho điều này và các tình trạng thoái hóa thần kinh khác như bệnh Parkinson.

Cuộc sống hàng ngày của chúng ta chứa đầy những quyết định, cả ý thức và vô thức. Nhưng khi ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy, bộ não của chúng ta có khả năng di chuyển ngang dọc theo những con đường chúng ta chọn như những gì chúng ta đã nói trước.

Khi chúng ta tiếp tục tìm hiểu về các mối quan hệ phức tạp giữa điều hướng không gian, bộ nhớ và thoái hóa thần kinh, chúng ta có thể thấy rằng thời gian chúng ta suy ngẫm về những gì có thể cũng quan trọng như thời gian chúng ta chủ động lên kế hoạch. Và mặc dù chức năng nhận thức suy giảm được chấp nhận như một phần bình thường của việc già đi, việc giữ cho các chức năng này tham gia vào các bài tập tinh thần đơn giản như câu đố, trò chơi chữ hoặc đọc sách có thể giúp duy trì các con đường thần kinh này. Theo cùng một cách, chúng ta có thể thực hiện các hệ thống điều hướng của mình bằng cách lập biểu đồ các khóa học dọc theo các con đường chúng ta chưa đi. Vì vậy, lần tới khi bạn thấy mình phải vật lộn để đưa tâm trí trở lại với nhiệm vụ trong tay, hãy thử nghiệm với việc để nó đi lang thang thêm một chút nữa.

Bài viết này ban đầu xuất hiện trên Biết thần kinh

Tài liệu tham khảo:

Buckner, RL (2010). Vai trò của Hippocampus trong Dự đoán và Tưởng tượng. Đánh giá thường niên về Tâm lý học 61, 27-48.

Coughlan, G., Coutrot, A., Khondoker, M., Minihane, A., Spiers, H., & Hornberger, M. (2019). Hướng tới chẩn đoán nhận thức được cá nhân hóa về bệnh Alzheimer nguy cơ di truyền. PNAS 116(19), 9285-9292.

Diersch, N., & Wolbers, T. (2019). Tiềm năng của thực tế ảo đối với nghiên cứu điều hướng không gian trong suốt tuổi thọ trưởng thành. Tạp chí Sinh học Thực nghiệm 222, jeb187252 doi: 10.1242 / jeb.187252

Eichenbaum, H., Dudchenko, P., Wood, E., Shapiro, M., & Tanila, H. (1999). Hippocampus, Trí nhớ và Tế bào Vị trí. Thần kinh tế bàoĐơn vị chức năng của hệ thần kinh, một tế bào thần kinh ..., 23(2), 209-226.

Giocomo, LM (2015). Đại diện không gian: Bản đồ của không gian phân mảnh. Sinh học hiện tại, 25(9), R362-R363.

Kay, K., Chung, JE, Sosa, M., Schor, JS, Karlsson, MP, Larkin, MC, Liu, DF, & Frank, LM (2020). Đạp xe liên tục dưới giây giữa các đại diện của các tương lai có thể xảy ra trong Hippocampus. Tế bào, 180(3), 552-567.

Lester, AW, Moffat, SD, Wiener, JM, Barnes, CA và Wolbers, T. (2017). Hệ thống Định vị Lão hóa. Thần kinh tế bào 95(5), 1019-1035.

sách_science