Ориентация в пространстве является довольно сложным процессом, проходящем в определённых отделах мозга, генерирующих и обрабатывающих при этом множество импульсов от разных нервных клеток. У отдельных людей скорость обработки такой информации, как и её качество, также различаются. Несмотря на то, что сама физиология обработки данных о местоположении у всех в принципе одинакова, большую роль играет также наследственность, количество определённых нейронов, эффективность работы тех частей мозга, в которых хранятся сведения об ориентирах и ментальные карты местности, а также от тренированности, так как часть нейронов, отвечающих за ориентацию в пространстве начинают работать только по мере накопления опыта.
Большой вклад в изучение этого механизма внесли норвежцы Эдвард Мозер и Май-Бритт Мозер, получившие Нобелевскую премию в 2014 году по физиологии и медицине. Практические исследования они проводили на крысах, изучали также и малые народы, у представителей которых традиционно внутренняя система навигации работает лучше, чем у людей, живущих современным укладом жизни. Механизм ориентирования довольно интересен и сложен, я позволил себе в некоторой мере перенести его и на туризм/альпинизм/спелеологию, соотнося данные. Сам принцип работы мозга для определения местоположения в пространстве у нас с крысами практически одинаков.
В нашем мозгу существует своеобразный архив с картами. Конечно, эти карты не являются топографическими. Это ментальные карты, своеобразные отпечатки местности. У человека они, в первую очередь, откладываются за счёт визуальных образов, но, тем не менее, мозг старается собирать любую другую информацию, которая поможет впоследствии сориентироваться – запахи, звуки, осязательные впечатления и прочее подобное. При этом ориентиров может быть не очень много, но они должны быть как можно более чёткими. Таким образом формируется ментальная карта местности, пользование которой происходит инстинктивно и комплексно. У людей, который имеют дело на местности с картами, схемами, кроки – ментальная карта, по мере опыта, дополняется уже этими элементами, так как содержит чёткие указания, где искать ориентир.
Архив с ментальными картами для ориентации в пространстве находится в гиппокампе, парной структуре, расположенной в височных отделах полушарий мозга. В числе прочего, гиппокамп как раз и отвечает за пространственное мышление, обрабатывая поступающую в него информацию, связанную с положением в пространстве или на местности. При этом в нём хранятся не только ментальные карты местности, но и информация о том, что происходило в определённых их точках.
Механизм, который закладывает ментальное описание к точкам, вероятнее всего, был сформирован как необходимый инструмент самосохранения. Все потенциально опасные, исходя из полученного опыта, элементы местности, будут чётко зафиксированы (в случае, если механизм формирования сигналов и гиппокамп работают исправно) и при приближении к такому месту формируют сигнал тревоги. Закладывается не только описание опасных точек, но и наоборот, такие точки, которые вызвали определённые эмоции и ассоциации. Хорошая стоянка, место для удачной охоты и рыбалки, место, где нашёл что-то интересное и тому подобное. Воспоминание об эмоциях или сигнал тревоги возникают немедленно после определения местоположения, при условии, если такие воспоминания были записаны.
На самом деле механизм работает ещё сложнее. Для того, чтобы организм быстрее обучался, в гиппокампе включается система аналогий. Т.е., происходит подсознательное сравнение того, что видишь, с теми эмоциями и тревогами, которые каким-то образом связаны с похожей местностью, ориентирами или другими элементами ментальной карты – звуками, запахами и их сочетанием. Грохот лавины или камнепада, опасный участок на скале или леднике, треск льда на реке и тому подобное. Такое самообучение также связано с механизмом самосохранения организма.
Сигналы, формирующие представление об ориентации в пространстве, которые обрабатывает и переносит на ментальную карту гиппокамп, формирует примыкающая сверху к гиппокампу энторинальная кора, в которой и находятся те нейроны, которые отвечают за навигацию. В самом же гиппокампе находится только нейрон местоположения. Он активизируется только при нахождении хозяина в том месте, которое отмечено на ментальной карте одной точкой. Т.е., в этом случае не происходит расчётов и анализа поступающей информации, которая нужна для ориентирования – человек абсолютно точно знает, где он находиться, так как существует абсолютный ориентир для этого. Палатка в лагере, место работы, жилище и тому подобное. Ориентир при этом имеет чётко осознанное положение в окружающем пространстве, так, например, мы знаем, какое положение палатка занимает в долине реки, и знаем основные направления и элементы рельефа, которые её окружают – в определённых пределах, конечно.
В энторинальной коре находится три типа нейронов, отвечающих за навигацию. Они, в свою очередь, являются физиологической основой ориентации в пространстве. Все расчёты по ним происходят в энторинальной коре и передаются в гиппокамп, который переносит полученную информацию на ментальную карту.
Решётчатые нервные клетки, один из типов нейронов, отвечающий за ориентацию, посылают сигналы в гиппокамп из разных точек пространства, которые они воспринимают как ориентиры. При условии нескольких ориентиров задействуются разные группы решётчатых нейронов, создавая вместе что-то типа аналога координатной сетки. При этом в мозгу начинает работать на основе этих ориентиров система восприятия расстояния. Т.е., осуществляется расчёт расстояния между ориентирами и от ориентиров до человека (животного). Расстояние не считается в километрах или часах передвижения, восприятие носит исключительно интуитивный характер и может переводиться в километраж только при условии, если в гиппокампе ментальная карта местности носит элементы хорошо запомнившейся топографической карты и/или когда-либо человеком происходило измерение расстояния на этом участке местности. При этом относительно чётко известного расстояния между одними объектами достаточно для того, чтобы мозг начал считать на этой основе примерное расстояние к другим объектам, просто соотнося их на основе субъективных впечатлений.
Подсчёт шагов во время движения, практикуемый некоторыми туристами старой закалки, позволяет создать более чёткую ментальную карту. Мозг при этом подсознательно часть расстояния до объектов, особенно небольших, начинает оценивать и в шагах, формируя подробную ментальную карту. Та же самая картина происходит, когда мы на скале или в пещере провешиваем перила. Впоследствии мозг начинает расценивать расстояния на аналогичном рельефе длинами верёвки. Т.е, мозг быстро начинает воспринимать расстояние исходя из способа перемещения и его характера. Количество шагов, верёвок, ходок, дней передвижения и тому подобное.
Другой тип нейронов, граничные клетки, активизируются в энторинальной коре при приближении к стенам или пропастям – т.е., к препятствиям. При этом, в той или иной мере активация происходит до касания препятствия – это носит в том числе и элемент самозащиты организма. Также подобные препятствия заносятся в ментальную карту, что позволяет попробовать лучше передвигаться в условиях недостаточной видимости. В своей собственной квартире, где выключен свет и абсолютно темно, мы можем передвигаться довольно свободно – это результат работы как граничных, так и решётчатых нервных клеток, которые составляют наиподробнейшую ментальную карту.
Оба этих вида нейронов, и решётчатые, и граничные, постоянно взаимодействуют с нейронами положения головы. Эти нейроны позволяют проецировать ментальную карту на местность куда более точно, здесь даже можно провести некоторую условную аналогию с компасом. Например, находясь в здании, многие люди легко показывают направление в сторону какого-либо здания или объекта на улице, не видимого в окно и находящегося в удалении. Т.е., в этом случае используется не зрение, а ментальная карта, которая показывает направление на объект. В аналогичном случае многие люди в лесу (а животные тем более), довольно легко находят обратное направление. Также и при восхождении на вершину мы почти в любой момент представляем, какое положение мы занимаем относительно долины и других вершин, при этом независимо от того, как мы перемещаемся по отношению к своей. Опытный спелеолог, даже в условиях скудного освещения, болтаясь на верёвке, интуитивно представляет расположение ходов, уступов и залов, если он их уже видел до этого (представляет достаточно хорошо, чтобы знать примерное, или даже точное, направление к ним). Вероятно, что момент потери ориентации, когда человек начинает блудить в незнакомом месте (пошёл с дороги в лес за грибами, например), наступает тогда, когда происходит сбой в работе нейронов направления. Если в этот момент решётчатые клетки не активизируются при наличии знакомых ориентиров, то сгиппокамп не может определить местоположение по своей ментальной карте.
Сбой ориентации в знакомом месте вызван обычно реакцией нейронов решётчатых клеток, когда либо полностью пропадают или скрываются от восприятия ориентиры, уже запечатлённые на ментальной карте, либо они просто замещаются другими.
Кроме определения местоположения и проецирования его на ментальную карту, гиппокамп фильтрует и пересчитывает противоречивые навигационные данные, поступающие из энторинальной коры, выбирая из них наиболее вероятные.
Механизм активизации нейронов, отвечающих за ориентацию в пространстве, применительно к людям изучен плохо, как и пока не известна его эффективность. Например, крыса способна найти путь к своей норе в абсолютной темноте, при условии, если видела этот путь, хотя бы один раз. Насколько такое возможно у людей? Представители малых народов могут длительное время перемещаться по однообразной, не имеющей ориентиров, местности, если проходили по ней с кем-нибудь до этого. При этом, в наше время молодые люди таких народов утрачивают эту способность, полагаясь во время передвижения больше на GPS-навигатор. А в пещерах, если у спелеолога гаснет свет, сохранившаяся ментальная карта практически не позволяет перемещаться в подземном пространстве – т.е., так же существует определённая зависимость от привычной, сформированной эволюцией, среды обитания.
Если рассматривать крыс, то у них граничные нейроны начинают функционировать с самого рождения, а решётчатые включаются только по мере накопления опыта. Т.е., несмотря на то, что фактор наследственности тоже играет свою роль, у людей, даже если предки обладали отличной внутренней навигационной системой, потомки могут её не иметь, так как решётчатым нейронам просто нет необходимости задействовать свой потенциал или же этому не способствуют условия – постоянное пользование GPS-навигатором тому пример.
Также ментальная карта достаточно чётко может быть привязана к определённому виду местности, в том случае, если чёткие ориентиры отсутствуют. Можно несколько раз без проблем ходить летом по одному и тому же маршруту, но заблудиться на нем же зимой – т.е., могут быть покрыты снегом и невидимы ориентиры, присущие только тёплому времени года. Аналогично могут быть закрыты листвой деревьев те ориентиры, которые были отмечены на ментальной карте в зимнее время года.
Ментальные карты имеют свойство затираться со временем, если ими не пользуются. В конце концов, на ней остаются только грубые и чёткие ориентиры. Сложно сказать, дольше ли хранятся ментальные карты у человека, по сравнению с животными, так как продолжительность жизни у них сильно отличается.
В целом, функционирование гиппокампа не только человека, но и животных, на сегодняшний день пока остаётся плохо изученным. Эдвард Мозер и Май-Бритт Мозер проделали колоссальную и долгую работу, но до полного понимания действия механизмов памяти работать учёным предстоит ещё долго.
