ระบบนำทาง

การค้นพบนี้ซึ่งปรากฏในวารสารNeuronฉบับล่าสุดได้แก้ไขความเข้าใจผิดที่พบบ่อย: ระบบนำทางของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมทำงานเหมือนระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลก (GPS) ซึ่งอาศัยความรู้สึกทิศทางเหมือนเข็มทิศ André Fenton ศาสตราจารย์แห่งศูนย์ประสาทวิทยาแห่งมหาวิทยาลัยนิวยอร์กและผู้เขียนอาวุโสของหนังสือพิมพ์กล่าวว่า "การค้นพบนี้นำเสนอหลักฐานใหม่ที่น่าสนใจว่าการรับรู้ทิศทางที่จัดระเบียบภายในของเราได้รับการจดทะเบียนกับโลกภายนอกอย่างไร เพื่อให้เรานำทางได้อย่างมีประสิทธิภาพ" "โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วิธีที่เราปรับทิศทางในอวกาศนั้นไม่เหมือนกับ GPS แต่การรับรู้ทิศทางของเรานั้นเป็นพื้นฐานส่วนตัว มีการจัดระเบียบภายใน และบันทึกเป็นระยะๆ ไปยังจุดสังเกตภายนอก" ในขณะที่หลายคนระบุว่ามนุษย์ใช้ระบบคล้าย GPS ในสมองของพวกเขา ซึ่งเป็นระบบที่อาศัยความรู้สึกทิศทางเหมือนเข็มทิศ ความซับซ้อนของกระบวนการนี้ยังไม่ชัดเจน อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันดีว่า ระบบนำทาง ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีศูนย์กลางอยู่ที่สมองส่วนฮิปโปแคมปัสและคอร์เทกชั้นใน (entorhinal cortices) ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของสมองในการทำความเข้าใจพื้นที่และความจำ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง John O'Keefe, May-Britt Moser และ Edvard Moser ได้แบ่งปันรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ประจำปี 2014 สำหรับการค้นพบเซลล์ที่ส่งสัญญาณตำแหน่งและระยะทางที่เคลื่อนไป ซึ่งเซลล์เหล่านี้มีความสำคัญต่อการมุ่งสู่อวกาศ งานของพวกเขาเสริมด้วยการค้นพบโดย James Ranck ศาสตราจารย์แห่ง SUNY Downstate Medical Center และหนึ่งในผู้เขียนร่วมของNeuron paper ซึ่งเป็นผู้ค้นพบเซลล์ประสาทที่ส่งสัญญาณทิศทาง เพื่อให้มีความเข้าใจที่ดีขึ้นว่าชิ้นส่วนของเซลล์ประสาทเหล่านี้เหมาะสมอย่างไรในการนำทางทั้งอวกาศที่อยู่นิ่งและหมุนวน Fenton, Ranck และเพื่อนร่วมงานของพวกเขาได้ทำการทดลองโดยใช้หนู ในนั้น พวกเขาสร้างโครงสร้างคล้ายม้าหมุนที่มีทั้งส่วนที่อยู่กับที่และส่วนที่เคลื่อนไหว หนูเหล่านี้ได้รับการฝึกฝนเกี่ยวกับภารกิจการนำทางซึ่งจำเป็นต้องให้พวกมันรู้ว่าพวกมันอยู่ที่ไหนทั้งในกรอบเคลื่อนที่และหยุดนิ่ง ในระหว่างภารกิจเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์เฝ้าติดตามกิจกรรมทางระบบประสาทของหนู โดยเน้นที่เซลล์ควบคุมทิศทางศีรษะ ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานที่สุดของระบบการนำทาง อย่างไรก็ตาม ผลการทดลองให้ข้อมูลเชิงลึกที่จำกัด "ข้อมูลมีความชัดเจนมากและในตอนแรกไม่สามารถเข้าใจได้ทั้งหมด" เฟนตันกล่าว "แม้จะมีการนำทางที่ดีเยี่ยม แต่เซลล์ทิศทางศีรษะก็หยุดส่งสัญญาณทิศทางทั้งในกรอบอวกาศที่อยู่นิ่งหรือหมุน" การค้นพบไม่ใช่เรื่องแปลก เป็นเวลาหลายปีที่นักวิทยาศาสตร์ประสบปัญหาในการระบุสาเหตุที่หนูทดลองสามารถนำทางได้สำเร็จเมื่อกิจกรรมในเซลล์ควบคุมทิศทางศีรษะค่อนข้างจำกัด ทำให้เกิดคำถามว่ากระบวนการนี้เกิดขึ้นในสมองได้อย่างไร จากนั้น Fenton นึกถึงหลักการของการนำทาง etak ที่เขาเรียนรู้จากหนังสือ We, the Navigators: The Ancient Art of Landfinding in the Pacific ประพันธ์โดย David Lewis แพทย์ชาวนิวซีแลนด์ และ Ranck ได้ให้ Fenton ในช่วงต้นทศวรรษ 1990 จากการทำงาน เฟนตันได้เรียนรู้ว่าชาวเกาะแปซิฟิกใช้การนำทางแบบเอทัคโดยไม่ต้องใช้เข็มทิศ เนื่องจากพวกเขาเคลื่อนที่ได้อย่างแม่นยำระหว่างเกาะที่เล็กและห่างไกลกันจนแทบมองไม่เห็นระหว่างการเดินทาง ทำให้เกิดความผิดพลาดในการนำทางเพียงเล็กน้อยซึ่งส่งผลถึงชีวิตได้ "การนำทางของ Etak นั้นมีทั้งประสิทธิภาพและแนวคิดเชิงอัตวิสัย" Fenton อธิบาย "เครื่องนำทางใช้ความรู้เกี่ยวกับตำแหน่งที่มั่นคงของดวงดาวบนท้องฟ้า และจุดสังเกตที่มองเห็นได้ในระยะไกลหรือในจินตนาการ เช่น เกาะ "แม้จะรู้ดีกว่านี้ นักเดินเรือจินตนาการว่าตัวเองหยุดนิ่งและโลกกำลังเคลื่อนตัวอยู่ใต้เรือขณะที่เธอเดินทาง ในการนำทาง นักเดินเรือจะจัดตำแหน่งตัวเอง จุดสังเกตของเอทัค และดวงดาว จากนั้นเธอจึงออกเดินทางเพื่อให้เอทัคติดดิน จุดสังเกตจะเคลื่อนที่จนกว่าจะอยู่ในแนวเดียวกับเครื่องนำทางและดาวดวงถัดไป เครื่องนำทางจะดำเนินต่อไปยังจุดหมายปลายทางเป็นลำดับขั้นตอนดังกล่าว" ปรับแนวคิดการนำทางในกรอบการทำงานของ etak นักวิจัยวัดการปรับทิศทางของเซลล์ประสาททิศทางศีรษะแต่ละตัวที่สัมพันธ์กับกิจกรรมของเซลล์ทิศทางศีรษะอื่นในหนู พวกเขาค้นพบว่าเซลล์ทิศทางศีรษะส่งสัญญาณทิศทางโดยกิจกรรมของพวกเขาในลักษณะที่สอดคล้องกันภายใน ไม่ว่าสภาพแวดล้อมจะคงที่หรือหมุนก็ตาม นอกจากนี้ การรับรู้ทิศทางภายในนี้จะบันทึกเป็นช่วงๆ ทุกๆ 10 วินาทีหรือมากกว่านั้น ไปยังจุดสังเกตที่แตกต่างกันในพื้นที่หนึ่งๆ ระหว่างการลงทะเบียน หนูนำทาง เช่น etak navigator จะคอยติดตามว่าอยู่ที่ไหน "การค้นพบใหม่นี้สอดคล้องกับความรู้สึกของคนส่วนใหญ่ว่าพวกเขาอาจสับสนและเปลี่ยนทิศทางเป็นระยะๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่ที่ไม่คุ้นเคย" เฟนตันกล่าว