In Ihrer Umgebung navigieren

Wie das Gehirn Karten erstellt, um unsere Ziele zu erreichen

Quelle: Public Domain-Archiv

1. Räumliche Navigation

Unser Alltag ist sicherlich nicht mit den anspruchsvollen, komplexen Navigationsaufgaben gefüllt, mit denen die Wikinger konfrontiert waren: Wir haben globale Positionierungssysteme in Handys, Tablets, Autos und Uhren und Straßenschilder. Gebäude Grundrisse und befestigte Wege. Wir haben viele Ressourcen, um uns dahin zu bringen, wo wir hin wollen.

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Aber hatten die Wikinger und andere Zivilisationen vor dem Aufkommen der Moderne nicht auch eine Reihe von Werkzeugen mit ähnlichen Zwecken? Obwohl weniger leistungsfähig und praktisch als unsere Technologie, waren uralte Instrumente wie der Pelorus, ein grobes Werkzeug zur Aufrechterhaltung der Schiffsführung, zuverlässig genug, um Menschen dabei zu helfen, die unbekannte Welt zu entdecken und zu kartieren. Und waren die Gehirne derjenigen, die vor Hunderten oder Tausenden von Jahren lebten, auch nicht an der Befriedigung der Anforderungen der Navigation durch räumliche Umgebungen beteiligt – bei der Festlegung von Zielen und Unterzielen, bei der Schätzung der Entfernung zwischen Standort und Ziel, bei der Überwachung des Fortschritts und des Standorts und in dem Wissen, wann man ist, wo man sein möchte?

Der Mensch hat also schon seit langem Werkzeuge eingesetzt, um seine Chancen zu verbessern, die richtigen Ziele zu finden, und unser Erfolg bei der Navigation zu diesen Orten hat sich mit unserer Technologie verbessert (z. B. sind die Instrumente in unseren Handys zuverlässig genug, um Menschen in unterschiedlichen Situationen zu helfen, und zwar häufig In der Ferne treffen sich Orte an neuen Orten), aber es sind nicht – und waren noch nie – die Werkzeuge, die die Navigation übernehmen: Wir sind.

Egal, ob Sie ein Wikinger oder Ihr gegenwärtiges Selbst sind oder auch nur eine Ratte – das Gehirn ist hauptsächlich mit der Navigation in räumlichen Umgebungen beschäftigt, und vielleicht sind seine besten Instrumente die bemerkenswerten Fähigkeiten, eine eigene Karte von jeder Umgebung zu erstellen Sie könnten sich selbst finden und Pläne umkonfigurieren, wenn unerwartete Umwege auftreten.

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2. Kognitive Karten

Die Gehirne aller Arten verschiedener Tierarten sind für die räumliche Navigation und insbesondere für die Erstellung kognitiver Karten ihrer Umgebung ausgerüstet; Wir sind in dieser Hinsicht nicht einzigartig, und manche Tiere können besser navigieren als andere. Zum Beispiel basieren die meisten neurowissenschaftlichen Forschungen zur räumlichen Navigation nicht auf Menschen, sondern auf Nagetieren. Vielleicht ist dieses eine Klischee der Psychologie wahr: das Bild von Mäusen, die in Labyrinthen herumlaufen. Dies ist für die breite Öffentlichkeit oft denkbar, wenn über psychologische Experimente nachgedacht wird, und es ist weitgehend richtig, sich dies vorzustellen, wenn wir den Bereich der Verhaltensneurowissenschaften betrachten, der die Rolle subkortikaler Gehirnstrukturen im räumlichen Gedächtnis untersucht.

In diesem Forschungsbereich wurden in letzter Zeit viele theoretische Fortschritte erzielt. Eine Literaturrecherche hier und die Verwendung vieler verschiedener neurobiologischer und neuroanatomischer Ausdrücke ist jedoch für den Leser nicht nützlich, aber einige werden im Folgenden erwähnt (für einen Überblick siehe Epstein, Patai, Julian & Spiers, 2017). Stattdessen genügt es zu sagen, dass Forscher schon lange gedacht haben, dass Menschen ihre eigenen internen Karten verwenden, um durch verschiedene Umgebungen zu navigieren (Tolman, 1948). Viele Neuronennetzwerke in verschiedenen Gehirnregionen arbeiten zusammen, um diese Repräsentationen der Welt zu erzeugen.

Neurobiologische Studien mit Mäusen haben gezeigt, dass verschiedene Zelltypen in diesen Regionen unterschiedliche Merkmale unserer kognitiven Karten berechnen. Kurz gesagt, die Haupttypen sind Orts-, Gitter-, Rand- und Kopfrichtungszellen. Sie befinden sich meist in der Hippocampus-Formation im medialen Temporallappen und in verwandten Strukturen. Ein Professor hier am University College London gewann den Nobelpreis für seine Rolle bei der Entdeckung von Ortszellen, die aufgrund Ihres räumlichen Standorts in Ihrem Hippocampus feuern (O’Keefe & Dostrovsky, 1971).

Für das Navigationsnetzwerk in unserem Gehirn ist es außerordentlich wichtig, räumliche Karten zu erstellen, die auf der realen Welt beruhen und die Entfernung und Richtung zu unseren Zielen in dieser Welt erklären können. Obwohl es möglich ist, ohne realistische Objekte zu navigieren, ist es sehr nützlich, unsere kognitiven Karten an bestimmten Landmarken und Grenzen in unserer Umgebung zu verankern, da sie auf dem Weg zu einem spontanen Abruf und einer erneuten Kalibrierung unserer Position führen können und erinnert uns daran, wo wir uns in unserer internen Karte befinden. Während dieser intermittierenden Momente einer Neukalibrierung oder einer erneuten Bestätigung, wo wir uns befinden, und von Anfang an, wenn Sie planen, irgendwohin zu gehen, muss das Navigationsnetzwerk in unserem Gehirn in der Lage sein, die Entfernung und die Richtung zu unserem Ziel zu schätzen und regelmäßig zu schätzen.

Neben diesen Aspekten der kognitiven Verarbeitung in der räumlichen Navigation ist das Navigationsnetzwerk in unserem Gehirn so anpassungsfähig, dass es nicht nur eine Vielzahl von kognitiven Karten verschiedener Umgebungen, sondern auch verschiedener Zustände dieser Umgebungen erzeugen kann. Das heißt, man kann sich zum Beispiel nicht nur die typische Reise zum Lebensmittelgeschäft oder eine potenzielle Reise zu einem neuen vorstellen: Sie können mehrere kognitive Karten dieser Ziele erstellen, in denen Sie von verschiedenen Orten kommen, z. B. von zu Hause aus oder arbeiten, bei unterschiedlichen Wetterbedingungen und mit potenziellen Hindernissen, die je nach Tageszeit entstehen können, und so weiter. Darüber hinaus müssen kognitive Karten nicht ausschließlich räumlich sein. In einigen Ansichten können unsere Gehirne auch Denkmodelle für Geräusche, Gerüche und Konzepte sowie soziale Beziehungen und Zeiträume erstellen.

3. Einen anderen Weg finden

Dass unsere gewählten Wege zu unseren Zielen behindert werden, ist alltäglich. Das Universum schickt fast immer Dinge auf unsere Weise, um uns zu behindern und verspätet zu werden, scheint es. Solche weginkongruenten Ereignisse liegen manchmal im Bereich unserer Kontrolle, aber manchmal nicht und manchmal ziemlich vorhersehbar, aber manchmal nicht so sehr. Wenn es sich bei diesen Ereignissen um etwas Autonomie handelt, die jedoch auf unerwartete Weise geschieht, müssen wir häufig unsere Navigationspläne anpassen – einen Umweg zu nehmen, indem wir uns von unserem Ziel wegbewegen, um es zu erreichen.

Beispiele für Alltagssituationen dieser Situationen sind, wenn auf der Straße oder dem Gehweg Bauarbeiten stattfinden und Sie eine andere Route suchen müssen, wenn Ihre U-Bahnstation geschlossen ist und Sie die nächstgelegene Station suchen müssen, wenn sich das Flugtor ändert Sie gehen dorthin und Sie müssen den richtigen am Flughafen finden, und wenn eine Insel des Lebensmittelgeschäfts zu voll ist, um von Ihrem Standort aus zu betreten, und Sie müssen eine andere Route finden, um zur anderen Seite zu gelangen.

Es gibt Tausende solcher Situationen, die den Menschen jeden Tag passieren, und diese weginkongruenten Ereignisse stellen einen Bruchteil der täglichen zielinkongruenten Ereignisse dar, die auftreten. Die Menschen neigen dazu, angesichts solcher Ereignisse ziemlich frustriert zu sein, aber das ist eine Diskussion für einen anderen Artikel. Es ist jedoch erwähnenswert, dass nicht alle Umwege Tests für unsere Frustrationstoleranz sind: Manchmal ist der schnellste Weg nicht der sicherste und daher kann ein Umweg eine gute Idee sein, wenn Sie nach Hause gehen und einen verzweifelt aussehenden Charakter bemerken eine Gasse, die Sie normalerweise durchschneiden. In Situationen, in denen Ihr Weg behindert wird, ist es am wichtigsten, dass Sie nicht nur diesen Weg erkennen, sondern auch Ihre kognitive Karte mit dem Erkennen und Aktualisieren Ihrer kognitiven Karte aktualisieren, indem Sie Ihre Pläne an Ihr Ziel adaptiv umkonfigurieren oder eine neuartige Route, die eine wirksame Umgehung des Hindernisses ermöglicht.

Der Frontallappen, insbesondere der präfrontale Kortex, wird eingesetzt, wenn das Gehirn im Allgemeinen alles planen oder neu planen muss und sozusagen auf den Beinen denken muss (Shallice & Cooper, 2011). Es ist daher nicht überraschend, dass neuere Forschungen ergeben haben, dass der präfrontale Kortex tatsächlich eine Hauptrolle bei der Navigationsplanung (Balaguer, Spires, Hassabis & Summerfield, 2016) und bei Umwegen (siehe Spiers & Gilbert, 2015) spielt. Kurz gesagt, die verschiedenen Subregionen des präfrontalen Kortex erkennen die Umwege, verarbeiten potenzielle Konflikte zwischen möglichen Routen und legen neue Unterziele und die der Hippocampus-Bildungsaspekte des neu ausgewählten Pfads fest, indem sie diese in Ihre kognitive Karte integrieren.

4. Der Weg für die kognitive Neurowissenschaft

Während Verhaltensneurowissenschaftler typischerweise Nagetiere in ihren Studien verwenden, verwenden kognitive Neurowissenschaftler in diesem Forschungsbereich (dh Umwegnahme) Menschen, und zwar aus verschiedenen Gründen, aber vor allem, weil es bestimmte Dinge gibt, die Sie mit dem Menschen untersuchen können Planung, die bei Nagetieren nicht möglich ist, und vor allem die Einzigartigkeit des menschlichen Frontallappens bedeutet, dass es immer das beste Untersuchungsobjekt ist, wenn unser Ziel darin besteht, unser Verständnis der menschlichen Gehirnfunktionen zu verbessern.

Viele Studien zu Umwegen und zur räumlichen Navigation im Allgemeinen verwenden neurowissenschaftliche Methoden wie die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI), bei der sich Menschen in einer künstlichen Umgebung aufhalten müssen, um verschiedene kognitive Aufgaben auf einem Computerbildschirm auszuführen. Dies spiegelt jedoch kaum die reale Welt wider: keine Empfindungen der Selbstbewegung, keine Höhenempfindungen und so weiter. Kognitive Neurowissenschaftler haben vor kurzem versucht, dieses Problem zu lösen, indem sie mit Virtual-Reality-Systemen 3D-Umgebungen und omnidirektionale Laufbänder simulieren, um die Eigenbewegung zu erleichtern, zusammen mit einer als Elektroenzephalographie (EEG) bezeichneten Technik, die die Erfassung von Gehirndaten in semi-naturalistischen Umgebungen ermöglicht. Diese Art von Experimenten stellt eine interessante Richtung für die kognitive Neurowissenschaft dar und ist wichtig, um die ökologische Gültigkeit zu verbessern (einen Überblick über diese Probleme und die jüngsten Bemühungen, sie anzugehen, siehe Park, Dudchenko & Donaldson, 2018).

Sie können jedoch das Gras unter Ihren Füßen immer noch nicht spüren – sozusagen. Die Teilnehmer können nicht die verschiedenen Arten von Reizen erleben, die im Alltag auftreten, wenn wir durch räumliche Umgebungen navigieren, und unter ihnen ist die Gesellschaft selbst (z. B. alle Personen, für die wir verantwortlich sind, wenn wir uns zu unseren Zielen bewegen). Obwohl die Forschung Fortschritte macht und semi-naturalistische experimentelle Designs verwendet, wurden in der räumlichen Wahrnehmung oder in einem anderen Forschungsbereich erhebliche Fortschritte erzielt, um die kognitive Neurowissenschaft in die reale Welt zu bringen. Ein vielversprechender Weg ist der Einsatz der tragbaren drahtlosen funktionellen Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) (siehe Pinti et al., 2018).

5. Verbessern Sie Ihre Navigationsfähigkeit

Ehrlich gesagt, manche Leute sind schrecklich beim Navigieren und andere, ausgezeichnet, aber sie werden wahrscheinlich nicht so geboren. Und wir können sicher nicht jemandes Wort dafür nehmen; Ich dachte, ich wäre ein ebenso erfahrener Navigator wie James Cook, bis ich alle bei einer Rucksack-Expedition in einem Wald am Ufer des Michigansees verlor. Glücklicherweise haben wir in der kognitiven Neurowissenschaft etablierte Aufgaben, die eine Reihe von verschiedenen Prozessen für eine erfolgreiche Navigation indizieren können, und man muss nicht das Gehirn abtasten lassen, um diese Aufgaben auszuführen, um die räumliche Navigation zu üben.

Zum Beispiel wurde kürzlich eine mobile App mit dem Titel Sea Hero Quest veröffentlicht, bei der Sie mit einem Boot navigieren müssen, um Meerestiere zu finden. Es wurde speziell im Rahmen einer großen, interkulturellen Studie entwickelt, um bestimmte Prädiktoren für die Navigationsfähigkeit zu untersuchen (siehe Coutrot et al., 2018). Die Forscher fanden heraus, dass die Menschen in der Tat nicht einfach nur geschickte oder unfähige Navigatoren sind. Die Daten von Millionen Spielern aus über hundert verschiedenen Ländern lassen darauf schließen, dass der wirtschaftliche Wohlstand und die Ungleichheit der Geschlechter in diesen Ländern die Navigationsleistung signifikant prognostizierten. Eine interessante Richtung für diese Art der virtuellen Navigation besteht darin, sie als Interventionsinstrument im Zusammenhang mit Demenz und anderen neurodegenerativen Erkrankungen einzusetzen. Wenn Sie sich also als schlechten Navigator betrachten, kann es Spaß machen, dies zu versuchen. Die Daten aus Ihrem Gameplay werden nützlich sein, da dies ein laufendes Projekt ist!

Es gibt zusätzliche Möglichkeiten, die Sie in Ihrem Alltag tun können, um Ihre Navigationsfähigkeit zu verbessern. Sie können sich also weniger auf Ihr GPS verlassen. Das bedeutet nicht, dass wir versuchen sollten, es nicht zu benutzen, wenn Sie zu neuen Orten reisen. In solchen Situationen ist es sehr hilfreich. Wäre es eine gute Idee, Ihren Kompass mitten im Wald zu vernachlässigen? Nein, das würde das Baby mit dem Badewasser hinauswerfen, wie sie sagen. Es geht also eher darum, die Häufigkeit der GPS-Überwachung zu reduzieren. Untersuchen Sie Ihre GPS-Route wie eine Landkarte. Versuchen Sie anschließend, die Informationen während der Fahrt auf Ihrem Arbeitsspeicher zu speichern. Überprüfen Sie das GPS nur an oder nach wichtigen Entscheidungspunkten, um zu bestätigen, dass Sie keinen Fehler gemacht haben.

In der Tat könnte die am wenigsten konsequente Strategie darin bestehen, zu überprüfen, nachdem Sie die Beurteilung in Ihrem Kopf getroffen haben, anstatt wann oder nachdem Sie etwas Verhaltensmäßiges getan haben. Verwenden Sie mehr als ein Wahrzeichen. Achten Sie nicht nur darauf, wohin Sie gehen, sondern auch, wo Sie gerade waren. Mit anderen Worten, bemühen Sie sich, mehr Aufmerksamkeitsressourcen für die anstehende Aufgabe bereitzustellen, als dieser hellen, farbigen Linie mit Tunnelblick zu folgen. Es ist allzu leicht, unsere Geräte das schwere Heben zu ermöglichen. Bring dein Gehirn dazu. Unser Gehirn kann durch Erfahrung und Zeit (dh neuronale Plastizität) praktisch jede Aufgabe lösen.

Das Gehirn muss nicht sehr hart arbeiten, wenn wir ausgetretene Wege gehen; Wir haben gut ausgebaute, interne Karten für bekannte Orte. Wir haben jedoch keine solchen Karten, wenn wir eine neuartige Umgebung betreten, und müssen sie daher unterwegs gestalten. Die kognitiven Anforderungen an das Navigieren an neuen Orten sind daher größer als die bekannten. Obwohl es in der Regel schwieriger ist, sich in neuen Umgebungen zurechtzufinden, wird Ihre Navigationsfähigkeit sicherlich nicht viel davon profitieren, wenn Sie nur in vertrauten Umgebungen bleiben. Suchen Sie sich also Orte aus, vor denen Sie noch nie waren, und übernehmen Sie eine kritische Rolle in Ihrer Navigation – in allen Schritten, die zu Ihrem Ziel führen -, bis vielleicht ein fremder Ort als Heimat bezeichnet wird.

Verweise

Balaguer, J., Spires, H., Hassabis, D. & Summerfield, C. (2016). Neuronale Mechanismen hierarchischer Planung in einem virtuellen U-Bahn-Netz. Neuron, 90 (4), 893–903. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2016.03.037

Coutrot, A., Silva, R., Manley, E., de Cothi, W., Sami, S., Bohbot, VD,… Spiers, HJ (2018). Globale Determinanten der Navigationsfähigkeit. Current Biology, 28 (17), 2861-2866.e4. https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.06.009

Epstein, RA, Patai, EZ, Julian, JB und Spires, HJ (2017). Die kognitive Karte beim Menschen: Raumnavigation und darüber hinaus. Nature Neuroscience. Nature Publishing Group. https://doi.org/10.1038/nn.4656

O’Keefe, J. & Dostrovsky, J. (1971). Der Hippocampus als räumliche Karte. Vorläufige Beweise aus der Aktivität der Einheiten bei frei beweglichen Ratten. Brain Res. 34, 171-175.

Park, JL, Dudchenko, PA & Donaldson, DI (2018). Navigation in realen Umgebungen: Neue Möglichkeiten durch Fortschritte bei der Mobile Brain Imaging. Frontiers in Human Neuroscience, 12. https://doi.org/10.3389/fnhum.2018.0036

Pinti, P., Aichelburg, C., Gilbert, S., Hamilton, A., Hirsch, J., Burgess, P. & Tachtsidis, I. (2018, 1. Oktober). Ein Überblick über die Verwendung tragbarer funktionaler Nahinfrarotspektroskopie in naturalistischen Umgebungen. Japanische psychologische Forschung. Blackwell Publishing Ltd. https://doi.org/10.1111/jpr.12206

Shallice, T. & amp; Cooper, RP (2011). Die Organisation des Geistes. Oxford: Oxford University Press.

Spires, HJ und Gilbert, SJ (2015). Lösung des Umleitungsproblems in der Navigation: ein Modell der präfrontalen und Hippocampus-Interaktionen. Frontiers in Human Neuroscience, 9. https://doi.org/10.3389/fnhum.2015.00125

Tolman, EC (1948). Kognitive Karten bei Ratten und Männern. Psychol. Rev. 55, 189-208.