Ze zouden in 2005 zijn ontdekt door Nobelprijswinnaars May-Britt en Edvard Moser, de ‘rastercellen’ in je hersens die je een idee geven waar je je in de ruimte bevindt. Nu zouden beide prijswinnaars en collega’s van het Noorse Kavli-instituut ook hebben ontdekt dat die ‘rastercellen’ snelle, ritmische ‘bewegingen’ maken als een soort antennes om de ruimte voor de hersenbezitter te onderzoeken.
Die rastercellen zouden een soort navigatiesysteem zijn zoals gps, maar dat navigatiesysteem dat ook de mens zou moeten bezitten kan meer: ‘zien’ wat je te wachten staat. Dan gaat het om een soort draaibeweging zoals een vuurtoren, een heen-en-weer-zwiep van 30° naar rechts en dan weer 30° naar links. Dat was niet eerder ontdekt door het ontbreken van de juiste technieken, maar dat veranderde door de introductie van Neuropixels 2.0</em>, een technologie om duizenden hersensignalen op te nemen met een precisie van milliseconden.

“We wilden weten hoe die hersenindrukken werken”, zegt medeonderzoeker Richard Gardner. Om daar achter te komen gebruikten ze een decodeermethode. Zo’n zwiep duurt 125 ms en komt overeen met een thetagolf in de hersens. Met Neuropixels waren die hersengolven te registreren in zowel wakende als slapende toestand van het proefdier (rat).
De thetagolven werden door een computer gedecodeerd om uit te vinden over welke locatie het ging. De computer verbond vervolgens de mentale kaartlocatie van de rastercellen met de werkelijke locatie van de rat in zijnhaar omgeving. Ook achterhaalde de computer de verschuivingen gedurende de navigatie.

Afwijking?

Tot de verbazing van de onderzoekersters kwam de mentale kaart van de ratten die daaruit rolde niet overeen met de plek waar de rat zich op dat moment bevond. Wel bleek in die ‘afwijking’ een patroon te zitten. Diep in de millisecondetijdschaal stuurden de rastercellen golven van neurale activiteit door een reeks rastercellen die codeerden voor aangrenzende locaties in een uitgaande beweging.
De zwieps beginnen krachtig met de rastercellen die coderen voor de werkelijke locatie van de rat in de ruimte, vegen naar voren naar rechts, sterven uit aan het verste uiteinde van de zwiep – voordat die opnieuw verschijnen op de positie van de rat – en vegen weer naar de andere kant.

Deze ritmische bewegingen suggereren dat rastercellen meer doen dan alleen de positie van het dier bepalen: ze verkennen de omgeving actief en stellen de interne representatie van de ruimte voortdurend bij. “In de oude onderzoeksgegevens is die dynamiek niet te zien”, stelt May-Britt Moser. “Als we die dynamische gegevens aftrekken van de celactiviteit voor de navigatie van de rat, worden de rastervelden kleiner en preciezer.” Volgens echtgenoot Edvard zie je iets dergelijks ook bij vleermuizen die geluidsgolven gebruiken voor hun navigatie. De afstand die door zwiepen wordt afgelegd, wordt beperkt door appelbeignetvormige regel van de hersenen voor hoe rastercellen mogen opereren binnen de hersen-gps.

De hersenen hebben verschillende modules van rastercellen in de hersenen, die overeenkomen met verschillende appelbeignetvormige mentale kaarten, die elk de taak hebben om verschillende schalen van de ruimte te bestrijken.
De zwiepen leggen dezelfde afstand af op alle mentale kaarten, maar omdat de mentale kaarten betrekking hebben op fysieke ruimte in verschillende schalen, bestrijken de rastercellen die de grootschalige kaarten vormen grotere afstanden in het fysieke landschap dan rastercellen die nauwkeuriger kleinschalige kaarten maken, legt het persbericht uit.

Efficiënt

Om er achter te komen waarom de hersenen er de voorkeur aan geven om de omgeving te doorzoeken met deze smalle antenneachtige bewegingen, bouwde Gardner een rekenmodel (gebaseerd op kunstmatige intelligentie). Een kleine ‘robot’ testte verschillende manieren om een ​​gebied in kaart te brengen waar hijzij doorheen bewoog en ontdekte dat de optimale strategie een karakteristiek visgraatpatroon volgt.

In feite beschreef dat rekenmodel de bewegingen in de hersenen van ratten: rechts, links, rechts in een hoek van 30°. Deze strategie blijkt het meest efficiënt te zijn voor het in kaart brengen van een gebied in de kortst mogelijke tijd met minimale overlap. Gardner: “Als we kijken naar echolocatie in vleermuizen, antennes, snorharen of onze ogen aan weerszijden van de schedel, herkennen we een principe waarbij deze twee afwisselende hoeken voor het bemonsteren of onderzoeken van de ruimte terugkeren.”
De onderzoekersters denken dat wij mensen ook een dergelijk oriëntatiesysteem hebben. Overigens vinden ze dat nog lang niet alle vragen rond dit navigatiesysteem zijn beantwoord. Wordt (vast) vervolgd.

Bron: Alpha Galileo