Tma, ve které se neztratíš
Zkus jít poslepu bytem ke dveřím. Pár kroků to zvládneš z paměti, ale stačí jedna chybějící opora, zapomenutá židle, a plán se rozpadne. Myš dokáže něco mnohem náročnějšího. V naprosté tmě, bez pachové stopy a bez jediného zvuku, přesně ví, kde na trase se právě nachází.
Jako by měla v hlavě vlastní krokoměr propojený se stopkami, které běží i bez jakéhokoli signálu zvenku. Otázka zní, jak si mozek může vést takovou evidenci sám od sebe.
Jak dokázat, že mozek počítá sám
V hipokampu, části mozku klíčové pro paměť a orientaci, se nacházejí takzvané místní neurony. Ty se zapínají vždy, když se zvíře ocitne na konkrétním místě. Potíž je v tom, že běžné prostředí je plné podnětů a nejde snadno poznat, jestli neuron reaguje na polohu zvířete, nebo jen na to, co zrovna vidí, slyší či cítí.
Přesně na tento problém upozorňuje neuroložka Yingxue Wang z Max Planck Florida Institute for Neuroscience, vedoucí autorka studie, kterou publikoval časopis Nature Communications. Řešením byl pokus zbavený veškerých vodítek. Myši běžely na kolotoči s hlavou fixovanou v jednom místě, zatímco se jim promítala virtuální dráha bez jediného záchytného bodu. Jediný způsob, jak dosáhnout odměny na konci, bylo odhadnout uraženou vzdálenost nebo uplynulý čas zevnitř, protože venku nebylo co sledovat.
Dvě sítě, jeden odhad vzdálenosti
Výzkumníci popsali v hipokampu dvě dosud nepopsané skupiny neuronů, které společně kódují uplynulý čas nebo uraženou vzdálenost. První skupina, označovaná PyrUp, se při startu pohybu rozjede naráz, a pak každý neuron postupně zpomaluje svým vlastním tempem. Tím vzniká jemně odstupňovaný vzorec aktivity, který funguje jako postupující ukazatel, jak daleko už zvíře je. Druhá skupina, PyrDown, dělá přesný opak: na začátku cesty aktivita naopak klesne a teprve pak se pomalu vrací zpět nahoru, jako by značila start nové etapy.
Tyhle dvě sítě ale nefungují samy. Doplňují je dva typy inhibičních neuronů, tedy buněk, které aktivitu ostatních spíše tlumí a časují. Neurony typu SST drží otevřené takzvané integrační okno, během kterého se ukazatel vzdálenosti nebo času může spolehlivě počítat. Neurony typu PV naopak fungují jako spoušť resetu, vypínají signál a připravují systém na další cestu. Je to jako tým, kde jedni počítají kroky a druzí hlídají, aby se počítadlo v pravý okamžik vynulovalo.
Když vypnete stabilizátor
Klíčový důkaz přišel z optogenetiky, metody, kdy lze světlem na dálku vypnout jen vybraný typ neuronů. Když vědci umlčeli SST neurony, oslabila se postupná aktivita a myši se snažily o odměnu sáhnout předčasně, dřív než doběhly potřebnou vzdálenost. Po umlčení PV neuronů zase chyběla počáteční fáze útlumu, a myši se o odměnu pokoušely hned na začátku integrace.
Důležité je, že rychlost běhu zůstala při obou zásazích stejná. Zvířata se nezpomalila ani nepřestala chtít odměnu, jen se spletla v odhadu času nebo vzdálenosti. To je přesně ten rozdíl, který ukazuje na poruchu vnitřního počítadla, ne na problém s pohybem nebo motivací.
Vyloučení jednodušších vysvětlení
Než vědci mohli tvrdit, že jde o samostatný vnitřní systém na měření času a vzdálenosti, museli vyloučit prostší vysvětlení. Mohlo jít třeba o zhoršené vidění, motorické potíže po zásahu do mozku, nebo jen o změněné očekávání odměny. Proto zařadili i pasivní kontrolní úlohu a další srovnávací testy, které tyto alternativy postupně vyřadily. Výsledek tak nestojí na první hezké interpretaci, ale na vyloučení konkurenčních vysvětlení jedno po druhém.
Co to může znamenat pro nás
Lidský hipokampus je stavěný velmi podobně jako ten myší, a tak je legitimní otázka, zda podobné dvojí počítadlo funguje i u nás. Jde zatím jen o opatrnou úvahu, žádný přímý důkaz u lidí k dispozici není. Yingxue Wang nicméně upozorňuje, že schopnost odhadovat ušlou vzdálenost a čas patří mezi vůbec první dovednosti, které se zhoršují u Alzheimerovy choroby, což by mohlo vysvětlovat, proč se pacienti ztrácejí i v dobře známém prostředí. Je to hypotéza pro další výzkum, ne hotový závěr, ale ukazuje, že počítadlo kroků hluboko v mozku nemusí být jen laboratorní kuriozita.