Banintegrering

Banintegrering summerar vektorerna för avstånd och riktning som tillryggalagts från en startpunkt för att uppskatta aktuell position, och så vägen tillbaka till start.

Vägintegration är den metod som tros användas av djur för döda räkningar .

Historia

Charles Darwin postulerade först ett tröghetsbaserat navigationssystem hos djur 1873. Studier som började i mitten av 1900-talet bekräftade att djur kunde återvända direkt till en utgångspunkt, till exempel ett bo, i avsaknad av syn och efter att ha tagit en kretslopp resa utåt. Detta visar att de kan använda ledtrådar för att spåra avstånd och riktning för att uppskatta sin position, och därmed hur man kommer hem. Denna process kallades vägintegration för att fånga konceptet med kontinuerlig integration av rörelsesignaler under resan. Manipulering av tröghetssignaler bekräftade att åtminstone en av dessa rörelser (eller idiotetiska ) ledtrådar är information från de vestibulära organen , som upptäcker rörelse i de tre dimensionerna . Andra ledtrådar inkluderar förmodligen proprioception (information från muskler och leder om extremitetsposition), motorisk efferens (information från det motoriska systemet som talar om för resten av hjärnan vilka rörelser som beordrades och utfördes) och optiskt flöde (information från det visuella systemet som signalerar hur snabbt den visuella världen rör sig förbi ögonen). Tillsammans kan dessa informationskällor tala om för djuret i vilken riktning det rör sig, med vilken hastighet och hur länge. Dessutom kan känslighet för jordens magnetfält för underjordiska djur (t.ex. mullvadsråtta) ge vägintegration.

Mekanism

Studier på leddjur , framför allt i Saharas ökenmyra ( Cataglyphis bicolor ), avslöjar förekomsten av mycket effektiva banintegreringsmekanismer som beror på bestämning av riktningsriktning (genom polariserat ljus eller solposition) och avståndsberäkningar (genom att övervaka benrörelser eller optisk flöde).

Hos däggdjur kastar tre viktiga upptäckter ljus över denna fråga.

Den första, i början av 1970-talet, är att neuroner i hippocampus formation , som kallas platsceller , svarar på djurets position.

Den andra, i början av 1990-talet, är att nervceller i närliggande regioner (inklusive främre thalamus och postsubiculum ) , som kallas huvudriktningsceller , svarar på djurets huvudriktning. Detta möjliggör en mycket mer finkornig studie av vägintegration eftersom det är möjligt att manipulera rörelseinformation och se hur plats- och huvudriktningsceller reagerar (en mycket enklare procedur än att träna ett djur, vilket är mycket långsamt).

Det tredje fyndet var att neuroner i den dorsomediala entorhinala cortex , som matar information till platscellerna i hippocampus, eldar på ett metriskt regelbundet sätt över hela ytan av en given miljö. Aktivitetsmönstren för dessa rutnätsceller ser mycket ut som ett hexagonalt organiserat ark av millimeterpapper , och föreslår ett möjligt metriskt system som platsceller kan använda för att beräkna avstånd. Huruvida plats- och rutnätsceller faktiskt beräknar en vägintegreringssignal återstår att se, men det finns beräkningsmodeller som tyder på att detta är rimligt. Visst verkar hjärnskador på dessa regioner försämra djurens förmåga att integreras i vägen.

David Redish konstaterar att "De noggrant kontrollerade experimenten av Mittelstaedt och Mittelstaedt (1980) och Etienne (1987) har definitivt visat att denna förmåga [vägintegrering hos däggdjur] är en konsekvens av att integrera interna signaler från vestibulära signaler och motorisk efferent kopia".

Se även

Bibliografi

Bästa PJ, White AM, Minai A (2001). "Spatial bearbetning i hjärnan: aktiviteten hos hippocampus platsceller". Annu Rev Neurosci . 24 : 459-486. doi : 10.1146/annurev.neuro.24.1.459 . PMID 11283318 .
Etienne AS, Jeffery KJ (2004). "Svägsintegration i däggdjur" (PDF) . Hippocampus . 14 (2): 180–192. doi : 10.1002/hipo.10173 . PMID 15098724 . S2CID 1646974 .
McNaughton BL, Battaglia FP, Jensen O, Moser EI, Moser MB (2006). "Vägintegration och den neurala grunden för den 'kognitiva kartan'" . Nat Rev Neurosci . 7 (8): 663–678. doi : 10.1038/nrn1932 . PMID 16858394 . S2CID 16928213 .
Redish, A David (1999). Bortom den kognitiva kartan . MIT Press. PDF
Taube JS (1998). "Huvudriktningsceller och den neurofysiologiska grunden för en riktningskänsla" . Prog Neurobiol . 55 (3): 225–256. doi : 10.1016/S0301-0082(98)00004-5 . PMID 9643555 . S2CID 38083940 .