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Current biology : CB2019Aug19Vol.29issue(16)

環境障壁は、航行中に人間のグリッドのような表現を破壊します

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文献タイプ:
  • Journal Article
  • Research Support, N.I.H., Extramural
  • Research Support, Non-U.S. Gov't
概要
Abstract

環境の障壁は、私たちの行動と空間の概念化を根本的に形成します[1-5]。げっ歯類からの証拠は、グリッドセルが6倍の回転対称性[5、6]で発火パターンを示すオープンフィールド環境とは対照的に、フィールド内の障壁は6倍の対称性を廃止し、グリッド発火フィールドをコンパートメント化反復「サブマップ」[5]に断片化することを示唆しています。これらの結果は、障壁が偏見ニューロンによって提供される空間のメトリック表現の構成を通じて、認知マップに影響を与える可能性があることを示唆しています。この仮説を人間のこの仮説を直接テストし、機能的なMRIと仮想ナビゲーションパラダイムを組み合わせて、局所的なバリア構造を操作しました。参加者がオープンフィールドで固定ルートの採餌タスクを実行したとき、右胚性皮質の機能的MRIシグナルは、接続性グリッドセル発火に関連する運動方向による6倍の周期的変調を示しました[7]。ただし、環境が障壁によって区画化された場合、グリッドのような6倍の空間メトリックが廃止されました。代わりに、ナビゲーションのげっ歯類モデルによって予測された空間メトリックのベクトル化された組織と一致して、眼内シグナルの4倍の変調が観察されました[5]。集合的に、これらの結果は、障壁が認知マップを区画化する理由についての機械的洞察を提供し、境界が環境が人間の核皮質で表される方法に強力な影響を及ぼすことを示しています。私たちの毎日の環境はめったに広く開かれておらず、しばしば障壁(例えば、私たちの故郷の建物)によってセグメント化されていることを考えると、私たちの調査結果は、グリッドのようなメトリック[8]に基づいて自然主義的な状況に基づいて認知マッピングのモデルを適用することに影響を与えます。

環境の障壁は、私たちの行動と空間の概念化を根本的に形成します[1-5]。げっ歯類からの証拠は、グリッドセルが6倍の回転対称性[5、6]で発火パターンを示すオープンフィールド環境とは対照的に、フィールド内の障壁は6倍の対称性を廃止し、グリッド発火フィールドをコンパートメント化反復「サブマップ」[5]に断片化することを示唆しています。これらの結果は、障壁が偏見ニューロンによって提供される空間のメトリック表現の構成を通じて、認知マップに影響を与える可能性があることを示唆しています。この仮説を人間のこの仮説を直接テストし、機能的なMRIと仮想ナビゲーションパラダイムを組み合わせて、局所的なバリア構造を操作しました。参加者がオープンフィールドで固定ルートの採餌タスクを実行したとき、右胚性皮質の機能的MRIシグナルは、接続性グリッドセル発火に関連する運動方向による6倍の周期的変調を示しました[7]。ただし、環境が障壁によって区画化された場合、グリッドのような6倍の空間メトリックが廃止されました。代わりに、ナビゲーションのげっ歯類モデルによって予測された空間メトリックのベクトル化された組織と一致して、眼内シグナルの4倍の変調が観察されました[5]。集合的に、これらの結果は、障壁が認知マップを区画化する理由についての機械的洞察を提供し、境界が環境が人間の核皮質で表される方法に強力な影響を及ぼすことを示しています。私たちの毎日の環境はめったに広く開かれておらず、しばしば障壁(例えば、私たちの故郷の建物)によってセグメント化されていることを考えると、私たちの調査結果は、グリッドのようなメトリック[8]に基づいて自然主義的な状況に基づいて認知マッピングのモデルを適用することに影響を与えます。

Environmental barriers fundamentally shape our behavior and conceptualization of space [1-5]. Evidence from rodents suggests that, in contrast to an open-field environment, where grid cells exhibit firing patterns with a 6-fold rotational symmetry [5, 6], barriers within the field abolish the 6-fold symmetry and fragment the grid firing fields into compartmentalized repeating "submaps" [5]. These results suggest that barriers may exert their influence on the cognitive map through organization of the metric representation of space provided by entorhinal neurons. We directly tested this hypothesis in humans, combining functional MRI with a virtual navigation paradigm in which we manipulated the local barrier structure. When participants performed a fixed-route foraging task in an open field, the functional MRI signal in right entorhinal cortex exhibited a 6-fold periodic modulation by movement direction associated with conjunctive grid cell firing [7]. However, when environments were compartmentalized by barriers, the grid-like 6-fold spatial metric was abolished. Instead, a 4-fold modulation of the entorhinal signal was observed, consistent with a vectorized organization of spatial metrics predicted by rodent models of navigation [5]. Collectively, these results provide mechanistic insight into why barriers compartmentalize our cognitive map, indicating that boundaries exert a powerful influence on the way environments are represented in human entorhinal cortex. Given that our daily environments are rarely wide open and are often segmented by barriers (e.g., the buildings of our home city), our findings have implications for applying models of cognitive mapping based on grid-like metrics [8] to naturalistic circumstances.

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