Bagaimana otak memetakan ingatan tanpa gerakan

ringkasan: Peta mental diaktifkan di otak ketika memikirkan rangkaian pengalaman, bahkan tanpa gerakan fisik. Dalam sebuah penelitian pada hewan, mereka menemukan bahwa korteks entorhinal berisi peta pengalaman kognitif, yang diaktifkan selama simulasi mental.

Ini adalah studi pertama yang menunjukkan dasar seluler dari simulasi mental dalam domain non-spasial. Temuan ini dapat meningkatkan pemahaman kita tentang fungsi otak dan pembentukan memori.

Fakta-fakta kunci:

1. Peta mental dibuat dan diaktifkan tanpa memerlukan gerakan fisik.
2. Korteks entorhinal berisi peta pengalaman kognitif.
3. Studi ini memberikan wawasan tentang dasar seluler simulasi mental.

sumber: Institut Teknologi Massachusetts

Saat Anda melakukan perjalanan yang biasa Anda lakukan ke tempat kerja atau toko kelontong, otak Anda berinteraksi dengan peta kognitif yang disimpan di hipokampus dan korteks entorhinal. Peta ini menyimpan informasi tentang rute yang telah Anda ambil dan lokasi yang pernah Anda kunjungi sebelumnya, sehingga Anda dapat melakukan navigasi saat pergi ke sana.

Penelitian baru dari MIT menemukan bahwa peta mental seperti itu juga tercipta dan diaktifkan ketika Anda hanya memikirkan rangkaian pengalaman, tanpa adanya gerakan fisik atau masukan sensorik.

Dalam sebuah penelitian pada hewan, peneliti menemukan bahwa korteks entorhinal berisi peta kognitif tentang apa yang dialami hewan saat menggunakan joystick untuk menelusuri serangkaian gambar. Peta kognitif ini kemudian diaktifkan ketika memikirkan urutan-urutan ini, bahkan ketika gambarnya tidak terlihat.

Ini adalah studi pertama yang menunjukkan dasar seluler simulasi mental dan imajinasi dalam domain non-spasial melalui aktivasi peta kognitif di korteks entorhinal.

“Peta kognitif ini digunakan untuk melakukan navigasi mental, tanpa masukan sensorik atau keluaran motorik apa pun. Kami dapat melihat ciri-ciri peta ini,” kata Mehrdad Jazayeri, profesor ilmu otak dan kognitif, anggota McGovern Institute for MIT. Penelitian Otak, dan penulis utama. Ini memanifestasikan dirinya saat hewan mengalami pengalaman ini secara mental.”

Sujaya Neupane, seorang ilmuwan peneliti di McGovern Institute, adalah penulis utama makalah ini, yang akan muncul di alam. Ella Vitti, profesor ilmu otak dan kognitif di MIT, anggota McGovern Institute for Brain Research MIT, dan direktur K. Lisa Yang dari Integrative Computational Neuroscience juga merupakan penulis makalah ini.

Peta konsep

Banyak penelitian pada model hewan dan manusia telah menunjukkan bahwa representasi lokasi fisik disimpan di hipokampus, struktur kecil berbentuk kuda laut, dan korteks entorhinal di dekatnya. Representasi ini diaktifkan ketika hewan tersebut bergerak melalui ruang yang pernah ia masuki sebelumnya, sesaat sebelum melintasinya, atau ketika ia tertidur.

“Sebagian besar penelitian sebelumnya berfokus pada bagaimana wilayah ini mencerminkan struktur dan detail lingkungan ketika hewan secara fisik bergerak melalui ruang angkasa,” kata Jazayeri.

“Ketika seekor hewan bergerak melalui sebuah ruangan, pengalaman sensoriknya dikodekan dengan baik oleh aktivitas neuron di hipokampus dan korteks entorhinal.”

Dalam studi barunya, Jazayeri dan rekan-rekannya ingin mengeksplorasi apakah peta kognitif ini juga dibangun dan kemudian digunakan selama proses mental murni atau membayangkan gerakan melintasi domain non-spasial.

Untuk mengeksplorasi kemungkinan ini, para peneliti melatih hewan tersebut menggunakan joystick untuk menelusuri jalur melalui serangkaian gambar (“landmark”) yang diberi jarak secara berkala. Selama pelatihan, hewan hanya diperlihatkan sebagian dari pasangan gambar tetapi tidak semua pasangan. Setelah hewan-hewan tersebut belajar bagaimana menavigasi pasangan pelatihan, para peneliti menguji apakah hewan-hewan tersebut mampu menangani pasangan baru yang belum pernah mereka lihat sebelumnya.

Salah satu kemungkinannya adalah hewan tidak mempelajari peta kognitif dari urutan tersebut, dan malah menyelesaikan tugas menggunakan strategi menghafal. Jika demikian, mereka diperkirakan akan kesulitan dengan pasangan baru. Sebaliknya, jika hewan mengandalkan peta kognitif, mereka harus mampu menggeneralisasikan pengetahuan mereka ke pasangan-pasangan baru.

“Hasilnya jelas dan tidak ambigu,” kata Jazayeri. “Hewan mampu menavigasi secara mental di antara pasangan gambar baru sejak pertama kali diuji. Temuan ini memberikan bukti perilaku yang kuat mengenai keberadaan peta kognitif.

Untuk menjawab pertanyaan ini, para peneliti merekam dari satu neuron di korteks entorhinal saat hewan melakukan tugas ini.

Respons saraf memiliki ciri yang mencolok: Ketika hewan menggunakan joystick untuk bergerak di antara dua penanda, neuron menunjukkan lonjakan aktivitas berbeda yang terkait dengan representasi mental dari penanda yang tumpang tindih.

“Otak mengalami lonjakan aktivitas ini pada waktu yang diharapkan ketika gambar yang tumpang tindih lewat di depan mata hewan, dan hal ini tidak pernah terjadi,” kata Jazayeri.

“Dan waktu di antara benjolan-benjolan ini, yang terpenting, adalah waktu yang diharapkan hewan tersebut untuk tiba, yang dalam kasus ini adalah 0,65 detik.”

Para peneliti juga menunjukkan bahwa kecepatan simulasi mental berhubungan dengan kinerja hewan dalam mengerjakan tugas: ketika mereka sedikit terlambat atau lebih awal dalam menyelesaikan tugas, aktivitas otak mereka menunjukkan perubahan waktu yang serupa.

Para peneliti juga menemukan bukti bahwa representasi mental di korteks entorhinal tidak menyandikan fitur visual tertentu dari gambar, melainkan susunan fitur yang ordinal.

Model untuk belajar

Untuk mengeksplorasi lebih jauh cara kerja peta kognitif ini, para peneliti membangun model komputasi untuk meniru aktivitas otak yang mereka temukan dan menunjukkan bagaimana hal itu dihasilkan.

Mereka menggunakan jenis model yang dikenal sebagai model daya tarik persisten, yang awalnya dikembangkan untuk memodelkan bagaimana korteks entorhinal melacak posisi hewan saat bergerak, berdasarkan masukan sensorik.

Para peneliti menyesuaikan model dengan menambahkan komponen yang mampu mempelajari pola aktivitas yang dihasilkan oleh masukan sensorik. Model ini kemudian dapat belajar menggunakan pola-pola tersebut untuk merekonstruksi pengalaman-pengalaman tersebut di kemudian hari, ketika tidak ada masukan sensorik.

“Elemen kunci yang perlu kami tambahkan adalah bahwa sistem ini memiliki kemampuan untuk belajar secara dua arah dengan berkomunikasi dengan masukan sensorik. Melalui pembelajaran asosiatif yang dilalui model, sistem ini akan benar-benar menciptakan kembali pengalaman sensorik tersebut,” kata Jazayeri.

Para peneliti sekarang berencana untuk mempelajari apa yang terjadi di otak jika penanda tidak ditempatkan secara merata, atau jika penanda tersebut disusun dalam sebuah cincin. Mereka juga berharap dapat merekam aktivitas otak di hipokampus dan korteks entorhinal ketika hewan tersebut pertama kali belajar melakukan tugas navigasi.

“Melihat memori suatu struktur mengkristal dalam pikiran, dan bagaimana hal itu mengarah pada aktivitas saraf yang muncul, adalah cara yang sangat berharga untuk menanyakan bagaimana pembelajaran terjadi,” kata Jazayeri.

Pembiayaan: Penelitian ini didanai oleh Dewan Penelitian Ilmu Pengetahuan Alam dan Teknik Kanada, Dana Penelitian Quebec, Institut Kesehatan Nasional, dan Penghargaan Sains Otak Paul dan Lily Newton.

Tentang berita penelitian memori ini

pengarang: Abby Appazorius
sumber: Institut Teknologi Massachusetts
komunikasi: Abby Apazourius – Institut Teknologi Massachusetts
gambar: Gambar dikreditkan ke Berita Neuroscience

Pencarian asli: Akses tertutup.
“Produksi vektor melalui navigasi mental di korteks entorhinal“Oleh Mehrdad Jazayeri dan lainnya. alam

ringkasan

Produksi vektor melalui navigasi mental di korteks entorhinal

Peta kognitif adalah representasi yang terorganisir dengan tepat yang memungkinkan dilakukannya penghitungan baru menggunakan pengalaman sebelumnya; Misalnya merencanakan rute baru di tempat yang sudah dikenal. Penelitian terhadap mamalia telah menemukan bukti langsung atas representasi tersebut dengan adanya masukan sensorik eksternal baik dalam domain spasial maupun non-spasial.

Di sini kami menguji postulat dasar teori peta kognitif asli: bahwa peta kognitif mendukung komputasi internal tanpa masukan eksternal.

Kami merekam dari korteks entorhinal monyet dalam tugas navigasi mental yang mengharuskan monyet menggunakan joystick untuk menghasilkan vektor satu dimensi antara pasangan penanda visual tanpa melihat penanda perantara.

Kemampuan monyet untuk melakukan tugas dan menggeneralisasi pasangan baru menunjukkan bahwa mereka mengandalkan representasi terorganisir dari landmark tersebut. Neuron yang dimodulasi tugas menunjukkan periodisitas dan kecuraman yang konsisten dengan struktur temporal penanda dan menunjukkan tanda-tanda jaringan penarik yang persisten.

Model integrasi jalur jaringan penarik berkelanjutan yang ditambah dengan mekanisme pembelajaran mirip Hippie memberikan penjelasan tentang bagaimana sistem mengingat landmark secara internal.

Model ini juga membuat prediksi yang tidak terduga bahwa landmark internal secara sementara memperlambat integrasi jalur, mengatur ulang dinamika, dan dengan demikian mengurangi variabilitas. Prediksi ini dikonfirmasi dalam analisis ulang variabilitas dan perilaku laju pengaktifan.

Temuan kami menghubungkan pola aktivitas terorganisir di korteks entorhinal dengan perekrutan peta kognitif endogen selama navigasi mental.