Nasz mózg nieustannie tworzy złożone systemy reprezentacji, które pozwalają nam orientować się w przestrzeni i łączyć bieżące doświadczenia z przeszłymi wspomnieniami. Nawet tak prozaiczne elementy jak układ mebli czy rozmieszczenie książek na półce są natychmiast rejestrowane w naszej świadomości, tworząc podwaliny pod nasze poczucie miejsca.
Przechodząc przez korytarz, nasz umysł aktywuje setki neuronów budujących mentalną mapę otoczenia. Mapa ta pozwala dostrzegać subtelne zmiany w fakturze ścian, identyfikować sygnały wskazujące naszą aktualną pozycję i rozumieć, że przejście przez drzwi prowadzi z powrotem do tego samego pomieszczenia, sugerując zamkniętą pętlę. W tym momencie mózg domyka pętlę, łącząc początek i koniec podróży w spójną całość.
Najnowsze badania, opublikowane w czasopiśmie „Neuron”, po raz pierwszy wykazały, że informacje o naszym otoczeniu są organizowane w mózgu w sposób geometryczny. Analizując aktywność setek neuronów w hipokampie – obszarze kluczowym dla pamięci i nawigacji – naukowcy odkryli, że reprezentacje przestrzenne przybierają formę trójwymiarowych pierścieni. Każdorazowe pokonanie przez mysz labiryntu skutkuje aktywacją neuronów wzdłuż trajektorii, która w abstrakcyjnej przestrzeni tworzy pełne koło, symbolizujące całe doświadczenie podróży. Ta geometryczna organizacja informacji jest fundamentalna dla naszego poczucia przestrzeni i zdolności do zapamiętywania.
Nie wszystkie neurony działają w ten sam sposób. Niektóre kodują bardzo specyficzne informacje sensoryczne, jak faktura podłoża czy obecność nagrody. Inne wykorzystują dane zewnętrzne, czerpiąc sygnały z szerszego otoczenia, na przykład z położenia względem całego pomieszczenia, aby utrzymać stabilną orientację. Te różne populacje neuronów tworzą równoległe „pierścienie” w przestrzeni aktywności neuronalnej, ale pełnią odrębne funkcje. Kiedy wszystko działa poprawnie, współpracują ze sobą, zapewniając stabilność doświadczenia.
W sytuacjach dezorientujących, jak nagłe obrócenie czy zasłonięcie oczu, aktywowane są inne mechanizmy. Jedna z reprezentacji pozostaje niezmieniona, działając jak wewnętrzny kompas i pomagając utrzymać percepcję otoczenia, podczas gdy inne neurony reorientują się, by odzwierciedlić zmianę. Ta mentalna korekta daje nam pewność, że jesteśmy zorientowani.
Przestrzeń stanowi naturalne tło dla naszych doświadczeń. Świadomość, że mózg koduje jej strukturę za pomocą precyzyjnych kształtów geometrycznych, otwiera nowe możliwości zrozumienia procesów myślenia, zapamiętywania i orientacji w świecie. Dziedzina badań nad geometrią i topologią aktywności mózgowej dynamicznie się rozwija, łącząc matematykę, analizę danych i zaawansowane narzędzia bioinżynieryjne. Współczesne techniki pozwalają na identyfikację podtypów neuronów na podstawie ich profilu genetycznego, a także na modyfikację ich aktywności w czasie rzeczywistym. Te postępy umożliwiają głębsze zrozumienie sposobu, w jaki mózg konstruuje wewnętrzne mapy.
Każde odkrycie nie tylko pomaga rozszyfrować biologiczne podstawy pamięci i orientacji, ale także toruje drogę dla nowych zastosowań w neurotechnologii, sztucznej inteligencji, a być może w przyszłości dla terapii schorzeń neurologicznych, w których te mapy ulegają degradacji, jak choroba Alzheimera. Badania wskazują, że nawet w przypadku zaburzeń pamięci, takich jak choroba Alzheimera, mózg może zachować zdolność do tworzenia geometrycznie poprawnych map, choć z pewnymi brakami szczegółów.