Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) сделали прорыв в понимании того, как наш мозг создаёт и использует когнитивные карты. Эти карты, помогающие ориентироваться в пространстве, активируются не только при движении, но и тогда, когда человек просто думает о месте или вспоминает последовательность событий.
Исследование, опубликованное в журнале Nature, показало: энтoринальная кора — область мозга, связанная с памятью и навигацией, — формирует и использует одни и те же нейронные схемы как при физическом перемещении, так и при воображаемом. Это открытие не только раскрывает, как работает "внутренний GPS" человека, но и помогает понять, как мозг создает мысленные модели опыта.
Когда мы идём по знакомому маршруту, мозг опирается на сеть из гиппокампа и энторинальной коры, где хранятся "ментальные карты" местности. Эти карты фиксируют расстояния, повороты и контекст — своего рода когнитивный атлас.
"Эти когнитивные карты используются для мысленной навигации без сенсорных или моторных сигналов", — объясняет доцент кафедры нейробиологии и когнитивных наук Мехрдад Джазайери, MIT.
В эксперименте учёные выяснили: даже когда животное не движется, а только вспоминает последовательность изображений, активируются те же нейроны, что и при реальном перемещении. Это доказывает, что мозг способен "путешествовать" в пространстве мысли, используя те же механизмы, что и при движении тела.
Для проверки гипотезы команда под руководством Джазайери и Суджаи Ньюпейн из Института Макговерна обучила лабораторных животных управлять джойстиком, перемещаясь между виртуальными изображениями — "ориентирами". Животным показывали лишь часть последовательностей, а затем предлагали новые пары, которых они не видели.
"Животные могли мысленно перемещаться между новыми ориентирами с первого раза. Это стало поведенческим доказательством наличия когнитивной карты", — отмечает Джазайери.
Нейроны энторинальной коры активировались в точные временные интервалы — те же, что использовались при обучении. Даже когда изображений не было, мозг "воспроизводил" последовательность, как будто животное видело её на экране.
| Тип навигации | Что активируется | Входные сигналы | Пример |
|---|---|---|---|
| Физическая | Гиппокамп и энторинальная кора | Сенсорные (зрение, движение) | Идёте по знакомой улице |
| Мысленная | Те же области | Внутренние (воспоминания, воображение) | Думаете о маршруте на работу |
Создание карты. Мозг формирует когнитивную схему при обучении или повторении маршрута.
Активация памяти. При мысленном воспоминании активируются те же нейроны, что и при реальном движении.
Временная синхронизация. Энторинальная кора "прокручивает" события в правильной последовательности.
Предсказание. Мозг моделирует будущие шаги, даже если стимулы отсутствуют.
Обновление карты. Каждый новый опыт корректирует старые представления.
Ошибка: считать, что воображение и движение активируют разные участки мозга.
Последствие: недооценка роли когнитивного моделирования в обучении и памяти.
Альтернатива: использовать мысленные представления как инструмент тренировок и терапии.
Эксперименты показали: при мысленной навигации энторинальная кора реагирует всплесками активности в моменты, когда ожидались промежуточные изображения. Эти импульсы следуют с ритмом в 0,65 секунды — точно в том же темпе, что и в процессе реального просмотра.
"Мозг переживает всплески активности в те же моменты, когда ожидал увидеть стимулы", — поясняет Джазайери.
То есть, даже без внешних сигналов мозг воспроизводит "временную структуру" опыта. Это открытие помогает объяснить, как мы можем мысленно повторять действия, например, проигрывать разговор или маршрут, не двигаясь.
| Плюсы открытия | Ограничения |
|---|---|
| Раскрывает клеточную основу воображения | Исследование проведено на животных |
| Объясняет связь памяти и пространственного мышления | Требует подтверждения у людей |
| Может помочь в создании ИИ с пространственным обучением | Сложность фиксации активности у человека |
Результаты позволяют предположить, что когнитивные карты универсальны: они не ограничиваются навигацией в физическом пространстве, а используются для организации последовательностей событий, идей и даже воспоминаний. Это объясняет, почему мы можем "мысленно пройтись" по прошлому дню или представить шаги к будущей цели.
"Наблюдать, как в сознании кристаллизуется воспоминание о структуре — бесценно для понимания обучения", — подчёркивает Джазайери.
Команда также разработала вычислительную модель, основанную на концепции непрерывного аттрактора. Эта модель имитирует, как энторинальная кора хранит последовательности сигналов и может "воспроизводить" их без внешнего стимула, как будто мозг вспоминает сам себя.
Что такое когнитивная карта?
Это нейронная структура, которая хранит пространственные и последовательные связи между событиями.
Зачем она нужна мозгу?
Для ориентации, планирования и мысленного моделирования будущих действий.
Можно ли активировать карту мысленно?
Да — мозг воспроизводит тот же паттерн активности, что и при реальном перемещении.
Как это применимо к людям?
Исследования помогают понять механизмы памяти и могут лечь в основу нейроинтерфейсов или когнитивных тренингов.
Миф: воображение и восприятие не связаны.
Правда: мозг использует общие нейронные схемы.
Миф: навигационные зоны работают только при движении.
Правда: они активны даже при мысленном "путешествии".
Миф: когнитивные карты фиксированы.
Правда: они постоянно обновляются при каждом новом опыте.
Энторинальная кора — "входная дверь" в гиппокамп, центр памяти и ориентации.
Мысленные карты активируются с ритмом около 0,65 секунды, совпадающим с реальными движениями.
Похожие механизмы лежат в основе визуализации спортсменов — когда они мысленно повторяют движения перед выступлением.
С момента открытия когнитивных карт в 1948 году (Эдвард Толмен) нейробиологи пытались понять, как мозг кодирует пространство. Работы MIT впервые показали, что эти карты выходят за пределы физической навигации — они описывают саму структуру мышления. Открытие Мехрдада Джазайери, Суджаи Ньюпейн и Илы Фите подтверждает, что воображение — это не абстрактный процесс, а нейронная симуляция опыта, включающая ту же архитектуру, что и восприятие.
"Когнитивные карты мозга показывают, что мысль и движение — две стороны одной нейронной реальности", — заключает Джазайери.
Эти результаты открывают новые перспективы для понимания памяти, обучения и создания искусственных систем, способных "думать пространственно" — как человек.