מחקר מ-MIT מוכיח כי מפות קוגניטיביות, המשמשות בדרך כלל לניווט פיזי ומאוחסנות בהיפוקמפוס ובקורטקס האנטורינאלי, נוצרות ומופעלות גם במהלך ניווט מנטלי ללא קלט חושי. קרדיט: twoday.co.il.com
MIT מדעני מוח גילו שהמוח משתמש באותם ייצוגים קוגניטיביים בין אם מנווט בחלל פיזית או נפשית.
תגלית זו מדגישה את תפקידה של קליפת המוח האנטורינאלית בעיבוד חוויות פיזיות ומדומיינות כאחד.
בזמן שאתה נוסע בדרך הרגילה שלך לעבודה או למכולת, המוח שלך עוסק במפות קוגניטיביות המאוחסנות בהיפוקמפוס ובקליפת המוח האנטורינאלית שלך. מפות אלה מאחסנות מידע על נתיבים שעברת ועל מיקומים שבהם היית בעבר, כך שתוכל לנווט בכל פעם שאתה הולך לשם.
מחקר חדש מ-MIT מצא שגם מפות מנטליות כאלה נוצרות ומופעלות כאשר אתה רק חושב על רצפים של חוויות, בהיעדר כל תנועה פיזית או קלט חושי. במחקר בבעלי חיים, החוקרים מצאו כי קליפת המוח האנטורינאלית מכילה מפה קוגניטיבית של מה שחווים בעלי חיים בזמן שהם משתמשים בג'ויסטיק כדי לדפדף ברצף של תמונות. מפות קוגניטיביות אלו מופעלות לאחר מכן כאשר חושבים על הרצפים הללו, גם כאשר התמונות אינן נראות.
זהו המחקר הראשון שמראה את הבסיס הסלולרי של הדמיה מנטלית ודמיון בתחום לא מרחבי באמצעות הפעלה של מפה קוגניטיבית בקורטקס האנטורינאלי.
ייצוגים מנטליים הידועים כמפות קוגניטיביות מופעלים כאשר המוח מבצע הדמיות מנטליות של נתיב ניווט, על פי מחקר חדש של MIT. קרדיט: כריסטין דנילוף, MIT; iStock
"המפות הקוגניטיביות הללו מגוייסות לביצוע ניווט מנטלי, ללא כל קלט חושי או פלט מוטורי. אנחנו מסוגלים לראות חתימה של המפה הזו שמציגה את עצמה כשהחיה עוברת את החוויות הללו מבחינה נפשית", אומר מהרדד ג'זאיירי, פרופסור חבר למדעי המוח והקוגניציה, חבר במכון מקגוברן לחקר המוח של MIT, והמחבר הבכיר של המחקר.
מדען המחקר של מכון מקגוורן סוג'איה נויפן היא המחברת הראשית של המאמר, שפורסם ב-12 ביוני ב טֶבַע. אילה פיטה, פרופסור למדעי המוח והקוגניציה ב-MIT, חברה במכון מקגוברן לחקר המוח של MIT, ומנהלת המרכז למדעי המוח האינטגרטיבי K. Lisa Yang, היא גם מחברת המאמר.
חקר מפות קוגניטיביות בניווט מנטלי
עבודה רבה במודלים של בעלי חיים ובבני אדם הראתה שייצוגים של מיקומים פיזיים מאוחסנים בהיפוקמפוס, במבנה קטן בצורת סוס ים ובקליפת המוח האנטורינאלית הסמוכה. ייצוגים אלו מופעלים בכל פעם שחיה עוברת בחלל בו היא הייתה בעבר, רגע לפני שהיא חוצה את החלל, או כאשר היא ישנה.
"רוב המחקרים הקודמים התמקדו כיצד אזורים אלה משקפים את המבנים והפרטים של הסביבה כאשר חיה נעה פיזית בחלל", אומר ג'זאיירי. "כאשר חיה נעה בחדר, החוויות החושיות שלה מקודדות היטב על ידי פעילותם של נוירונים בהיפוקמפוס ובקורטקס האנטורינאלי."
במחקר החדש, Jazayeri ועמיתיו רצו לחקור האם המפות הקוגניטיביות הללו גם בנויות ולאחר מכן בשימוש במהלך ריצה נפשית גרידא או דימיון של תנועה דרך תחומים לא מרחביים.
חקירת מפות קוגניטיביות במשימות נפשיות
כדי לחקור את האפשרות הזו, החוקרים אימנו בעלי חיים להשתמש בג'ויסטיק כדי להתחקות אחר נתיב דרך רצף של תמונות ("ציוני דרך") המרווחים במרווחי זמן קבועים. במהלך האימון, החיות הוצגו רק תת-קבוצה של זוגות תמונות אך לא כל הזוגות. לאחר שהחיות למדו לנווט בין צמדי האימון, החוקרים בדקו אם בעלי חיים יכולים להתמודד עם הזוגות החדשים שמעולם לא ראו קודם לכן.
אפשרות אחת היא שבעלי חיים לא לומדים מפה קוגניטיבית של הרצף, ובמקום זאת פותרים את המשימה באמצעות אסטרטגיית שינון. אם כן, הם צפויים להיאבק בצמדים החדשים. במקום זאת, אם החיות היו מסתמכות על מפה קוגניטיבית, הן אמורות להיות מסוגלות להכליל את הידע שלהן לזוגות החדשים.
"התוצאות היו חד משמעיות", אומר ג'זאיירי. "בעלי חיים היו מסוגלים לנווט נפשית בין זוגות התמונות החדשות כבר מהפעם הראשונה שבהן נבדקו. ממצא זה סיפק ראיות התנהגותיות חזקות לנוכחות של מפה קוגניטיבית. אבל איך המוח מבסס מפה כזו?"
תבניות עצביות וניווט מנטלי
כדי לענות על שאלה זו, החוקרים תיעדו מנוירונים בודדים בקורטקס האנטורינאלי בזמן שהחיות ביצעו משימה זו. לתגובות עצביות הייתה תכונה בולטת: כאשר החיות השתמשו בג'ויסטיק כדי לנווט בין שני ציוני דרך, נוירונים הציגו בליטות ייחודיות של פעילות הקשורות לייצוג המנטלי של ציוני הדרך המתערבים.
"המוח עובר את בליטות הפעילות הללו בזמן הצפוי שבו התמונות המתערבות היו עוברות ליד עיני החיה, מה שהם מעולם לא עשו", אומר ג'זאיירי. "והתזמון בין מהמורות הללו, באופן קריטי, היה בדיוק התזמון שהחיה הייתה מצפה להגיע לכל אחת מהן, שבמקרה הזה היה 0.65 שניות."
החוקרים גם הראו שמהירות ההדמיה המנטלית הייתה קשורה לביצועי בעלי החיים במשימה: כשהם איחרו מעט או מוקדם בביצוע המשימה, פעילות המוח שלהם הראתה שינוי תואם בתזמון. החוקרים גם מצאו ראיות לכך שהייצוגים המנטאליים בקליפת המוח האנטורינאלית אינם מקודדים מאפיינים חזותיים ספציפיים של התמונות, אלא את הסידור הסידורי של ציוני הדרך.
פיתוח מודל חישובי של למידה
כדי להמשיך ולחקור כיצד מפות קוגניטיביות אלו עשויות לעבוד, החוקרים בנו מודל חישובי כדי לחקות את הפעילות המוחית שמצאו ולהדגים כיצד ניתן ליצור אותה. הם השתמשו בסוג של מודל המכונה מודל משיכה מתמשך, אשר פותח במקור כדי לדגמן כיצד קליפת המוח האנטורינאלית עוקבת אחר מיקומו של בעל חיים תוך כדי תנועה, בהתבסס על קלט חושי.
החוקרים התאימו את המודל על ידי הוספת רכיב שהיה מסוגל ללמוד את דפוסי הפעילות שנוצרו על ידי קלט חושי. מודל זה הצליח אז ללמוד להשתמש בדפוסים האלה כדי לשחזר את החוויות הללו מאוחר יותר, כאשר לא היה קלט חושי.
"המרכיב המרכזי שהיינו צריכים להוסיף הוא שלמערכת הזו יש את היכולת ללמוד דו-כיוונית על ידי תקשורת עם תשומות חושיות. באמצעות הלמידה האסוציאלית שהמודל עובר, הוא למעשה ישחזר את החוויות החושיות הללו", אומר ג'זאיירי.
החוקרים מתכננים כעת לחקור מה קורה במוח אם ציוני הדרך אינם מרווחים באופן שווה, או אם הם מסודרים בטבעת. הם גם מקווים לתעד פעילות מוחית בהיפוקמפוס ובקורטקס האנטורינאלי, כאשר החיות ילמדו לראשונה לבצע את משימת הניווט.
"לראות את הזיכרון של המבנה מתגבש בתודעה, וכיצד זה מוביל לפעילות העצבית שמופיעה, היא דרך חשובה באמת לשאול כיצד מתרחשת למידה", אומר ג'זאיירי.
המחקר מומן על ידי מועצת המחקר למדעי הטבע וההנדסה של קנדה, קרנות המחקר של קוויבק, המכונים הלאומיים לבריאותופרס פול ולילה ניוטון למדעי המוח.
