Nové nahlédnutí do toho, jak mozek rozvíjí navigační dovednosti

Mnoho studií chování naznačuje, že použití orientačních bodů k navigaci ve velkých prostorech-známých jako navigace založená na mapě-není stanoveno až do 12 let.

Studie neurovědy na Emory University počítá tento předpoklad. Kombinace experimentů skenování mozku a a Virtuální prostředí Vědci dabovali malé město a ukázali, že pětileté mají mozkový systém, který podporuje navigaci založenou na mapě.

Časopis Sborník Národní akademie věd má Publikováno Zjištění, první nervový důkaz, že tato kognitivní schopnost je zavedena u takových malých dětí.

„Zatímco rozsáhlé navigační schopnosti se jistě vyvíjejí po celou dobu dětství, naše zjištění ukazují, že základní nervový systém je založen pozoruhodně brzy,“ říká Yaelan Jung, první autor studie a postdoktorand na Emoryho ministerstvu psychologie.

„Spíše než trvat deset let nebo více, navigace založená na mapě probíhá v polovině té doby,“ dodává Daniel Dilks, docent psychologie a vedoucí autor studie. „Pětiletý systém má mozkový systém, který jim umožňuje najít cestu kolem malého virtuálního města. Nejen vědí, že obchod zmrzliny v horské oblasti je jiný než obchod zmrzliny v oblasti jezera, ale vědí, jak navigovat ulicemi, aby se dostali ke každému z nich.“

Mapování vizuálního mozku

DILKS je v popředí identifikace specifických funkcí vizuální kůry související se zpracováním obličeje, místa a objektů – jak rozpoznáváme a obejdeme náš svět. Je také průkopnickými metodami pro studium časové osy pro rozvoj těchto funkcí, od dětství po dospělost.

„Dvě základní otázky v neurovědě,“ vysvětluje, „jsou to, jak jsou znalosti organizovány v mozku a původ těchto znalostí. Jinými slovy, s jakými znalostmi se narodíte a jak se znalosti vyvíjejí, jak rostete?“

Technologie fMRI nabízí do těchto otázek okno. Neškodná, neinvazivní technika používá obří magnet ke skenování mozku a zaznamenávání magnetických vlastností v krvi. Měří zvýšený průtok krve do oblasti mozku, což naznačuje, že oblast je aktivnější.

Ve studiích pro dospělé během posledního desetiletí Laboratoř DILKS ukázala, že tři scénografické oblasti v mozku provádějí oddělené, nepřekrývající se úkoly. Oblast Parahippocampal Place (PPA) nám umožňuje rozpoznat místa a seskupit je do kategorií. Retrospleniální komplex (RSC) mapuje umístění do svých správných míst ve větším prostoru, což nám umožňuje navigovat z jednoho místa na druhé. Oblast týlního místa (OPA) nám umožňuje chodit kolem našeho bezprostředního okolí, nikoli narážet na hranice nebo jiné překážky.

„Momentálně nemůžeme vyřešit většinu neurologických problémů,“ říká Dilks. „Ale pokračujeme v dohledu více o tom, jak se mozek vyvíjí a funguje normálně, stále se přibližujeme k tomu, abychom ho mohli opravit, když se něco pokazí.“

Chůze navigace versus navigace založená na mapě

V roce 2024 DILKS a Jung zjistili, že mozkový systém pro procházku bezprostředním prostředím, vyhýbání se hranicím a překážkám, se podobá dospělému až do věku 8 let.

„Zdá se to kontraintuitivní,“ říká Dilks. „Většina dětí může chodit před dvěma věky. A přesto vám mozkový systém, který vám pomůže chodit kolem vašeho bezprostředního okolí, se nezačne zdát dospělý, dokud není relativně pozdě.“

Dilks a Jung měli teorii, že zdánlivě složitější a sofistikovanější schopnosti navigace založené na mapě se rozvíjejí dříve. Poznamenali, že ještě předtím, než mohou chodit dobře, jsou děti přepravovány z místnosti do místnosti a přijímány v kočárcích z místa na místo, což jim umožňuje v podstatě vybudovat mapu svého okolí.

Pro současný článek vytvořili experimentální protokoly pro pětileté, aby otestovali jejich teorii.

Začali s virtuálním městem známým jako Neuralville, vyvinuté společností Dilks Lab pro studii pro dospělé. Skládá se z osmi budov rozložených na ulicích obklopujících náměstí a orientováno čtyřmi kardinálními pokyny.

Při testech s pětiletými účastníky registrovanými ve studijním středisku Emory Child Study se Jung brzy dozvěděl, že Neuralville byl pro ně příliš komplikovaný na navigaci. Zjednodušila paradigma, proměnila jej v trojúhelník a nazvala to malé město. Místo kardinálních směrů vymezují výrazné krajiny každý bod trojúhelníku, včetně horského rohu, rohu stromu a rohu jezera.

Vytvořila šest struktur pro malé město, včetně dvou v kategoriích, které jsou obecně zajímavé pro děti: zmrzlinové obchody, hřiště a hasičské stanice.

Dělat vědu zábava

Experimenty s účastníky dětí vyžaduje kreativitu a trpělivost, říká Jung.

„Chceme se dostat k vědeckým otázkám, na které se snažíme odpovědět,“ vysvětluje, „ale je také důležité, aby se dítě, které se účastní studie, dobře se baví. Chceme, aby odešli s dobrým dojmem vědy.“

Jung nejprve seznámil dítě do virtuálního města pomocí kláves se šipkami na počítači, aby se pohyboval ulicemi a dorazil na různá místa. Poté pozvala dítě, aby udělalo totéž. „Bylo fascinující, že byli tak dobří,“ říká.

Po této seznámení následovaly testy jejich znalostí. Ukázala dítěti stále obrazy malého města a položila otázky jako: Viděli jste tuto budovu v malém městě? Je to v horském rohu?

Většina dětí prošla tímto testem a přesunula se do další fáze: školení pro skenování.

Jung proměnil tréninkový proces na hru zahrnující členy dětí a dospělých. Dospělý by ukázal na dítě a řekl: „Zmrazení!“

„Děti to milovaly. Obzvláště ráda zmrazila dospělé v místnosti,“ říká Jung. „Ukázali by na jednoho z nás a řekli:„ Je to řada na tebe. ““

Vědci účastníkům vysvětlili, že skener byl jako fotoaparát a oni by se museli držet dokonale, takže jejich fotografie nebyla rozmazaná, když v stroji vykonávali úkol.

Děti byly poté vyškoleny, aby provedly herní úkol a stiskly tlačítko v reakci na párové obrázky z Tiny Town. Například, pokud byl obrázek konkrétní hasičské stanice zobrazen s obrazem hor, museli tlačit, pokud tento scénář správně mapoval na malé město.

Účastníci procvičili úkol v falešném skeneru před vstupem do skutečného experimentu.

„Dali jsme jim přikrývku a polštář, aby byla útulná a vysvětlila, že budou sledovat film ve svém vlastním soukromém divadle,“ říká Jung. „Tento nápad se jim opravdu líbil.“

Výsledná data ukázala, že pětileté se mohou naučit mapu a držet ji ve svých myslích. A k tomu použili svůj RSC – oblast mozku specializované na kódování umístění budov na mapě, což nám umožnilo navigovat z jednoho místa na druhé.

Třešničkou na dortu je, že všichni, kteří se podíleli na studii – včetně vědců – si tuto zkušenost užívali.

„Bylo opravdu zábavné pracovat s dětmi,“ říká Jung. „Dozvěděl jsem se, že pěti let je magický čas na skenování dítěte. Nemají se bát nových věcí.“

Laboratoř DILKS nyní dělá hlubší ponoření do otázky, jak mozek rozvíjí schopnost rozpoznat a pohybovat se po světě tím, že pracuje na protokolu pro batolata.

Ukazují větší výzvu než kojenci a pětileté.

„Ve věku od dvou a tří let vás děti v podstatě neposlouchají,“ říká Jung, který je matkou tříletého.

Ona a její laboratorní kamarádi vyzkoušejí strategie zahrnující kartonový maket skeneru, karikatur a Cheerios.

„Je fascinující prozkoumat, jak lidé používají různé části mozku pro komplexní chování a jak se to mění s věkem a zkušenostmi,“ říká Jung. „Pokládáme základy pro klinické aplikace, včetně lepšího pochopení typického versus atypického nervového vývoje.“