脳がどのようにナビゲーションスキルを開発するかについての新しい洞察

多くの行動研究は、ランドマークを使用してマップベースのナビゲーションとして知られている大規模なスペースをナビゲートするために、12歳頃まで確立されていないことを示唆しています。

エモリー大学での神経科学研究は、その仮定に反しています。実験を組み合わせて 脳スキャン そしてa 仮想環境 研究者はTiny Townと呼ばれ、5歳の子供が地図ベースのナビゲーションをサポートする脳システムを持っていることを示しました。

ジャーナル 国立科学アカデミーの議事録 もっている 公開 この発見、この認知能力がそのような幼い子供に存在するという最初の神経証拠。

「大規模なナビゲーション能力は確かに子供の頃を通して発展し続けていますが、私たちの発見は、基礎となる神経系が非常に早く確立されることを示しています」と、研究の最初の著者であり、エモリーの心理学部のポスドク研究員であるYaelan Jung氏は言います。

「10年以上かかるのではなく、マップベースのナビゲーションはその半分の時間で進行中です」と、心理学の准教授であり研究の上級著者であるダニエル・ディークスは付け加えます。 「5歳の子供は、小さな仮想の町の周りを歩くことができる脳システムを備えています。彼らは、山岳地帯のアイスクリームストアが湖地域のアイスクリームストアとは異なることを知っているだけでなく、通りを航行するために通りを航行する方法を知っています。」

視覚脳のマッピング

ディルクは、顔、場所、オブジェクトの処理に関連する視覚皮質の特定の機能を特定する最前線にあります。彼はまた、幼児期から成人期まで、これらの機能の開発のためのタイムラインを研究する先駆的な方法でもあります。

「神経科学における2つの基本的な質問」と彼は説明します。「知識が脳とその知識の起源でどのように組織されているか。つまり、あなたはどのような知識で生まれ、知識は成長するにつれてどのように発達しますか？」

fMRIのテクノロジーは、これらの質問に窓を提供します。無害で非侵襲的な技術は、巨大な磁石を使用して脳をスキャンし、血液中の磁気特性を記録します。脳領域への血流が高まっていることを測定し、その領域がより活発であることを示しています。

過去10年間の成人研究では、Dilks Labは、脳内の3つのシーン選択領域が別々の重複しないタスクを実行することを示しています。 Parahippocampal Placeエリア（PPA）を使用すると、場所を認識してカテゴリにクラスターすることができます。 Retrosplenial Complex（RSC）は、より大きなスペース内の適切な場所にマップし、ある場所から別の場所に移動できるようにします。後頭部の場所エリア（OPA）を使用すると、境界や他の障害物にぶつかることなく、すぐ近くの環境を歩き回ることができます。

「現在、ほとんどの神経学的問題を解決することはできません」とディルクスは言います。 「しかし、脳がどのように発達し、正常に機能するかについてさらに学び続けることで、何かがうまくいかないときにそれを修復できるようになり続けます。」

ウォーキングナビゲーションとマップベースのナビゲーション

2024年、ディルクスとユングは、境界や障害を避けて、8歳まで成人の脳システムに似ていないことを発見しました。

「直感に反するようです」とディルクスは言います。 「ほとんどの子供は2歳の前に歩くことができます。それでも、あなたがあなたのすぐ近くを歩き回るのを助ける脳システムは、比較的遅くまで大人のように見え始めません。」

ディルクスとユングには、マップベースのナビゲーションの一見複雑で洗練された能力が以前に発生するという理論がありました。彼らは、彼らがうまく歩く前でさえ、子供たちは部屋から部屋へと運ばれ、場所から場所へとベビーカーを奪われ、彼らが本質的に周囲の地図を構築できるようにすることに注目した。

現在の論文では、5歳の子供が理論をテストするための実験プロトコルを作成しました。

彼らは、Dilks Labが大人の研究のために開発したNeuralvilleとして知られる仮想町から始めました。町の広場を囲む通りにレイアウトされた8つの建物で構成され、4つの基本的な方向に向けられています。

Emory Child Study Centerに登録された5歳の参加者とのテストで、JungはすぐにNeuralvilleが彼らがナビゲートするには少し複雑すぎることを知りました。彼女はパラダイムを単純化し、それを三角形に変え、それを小さな町と呼びました。基本的な方向の代わりに、特徴的な風景は、山の角、木の角、湖の角など、三角形の各ポイントを描写します。

彼女は小さな町の6つの構造を作成しました。それぞれが子供にとって一般的に興味深いカテゴリの2つを含みます。アイスクリーム店、遊び場、消防署です。

科学を楽しくする

子どもの参加者と実験を行うには、創造性と忍耐が必要です、とジョンは言います。

「私たちは答えようとしている科学的な質問に触れたいと思っています」と彼女は説明します。

ユングはまず、コンピューターの矢印キーを使用して、路上を移動してさまざまな場所に到着するために、子供を仮想町に慣れさせました。彼女はその後、子供に同じことをするように招待しました。 「彼らがそれがとても上手だったのは魅力的でした」と彼女は言います。

この習熟に続いて、彼らの知識のテストが続きました。彼女は子供に小さな町の静止画像を見せて、次のような質問をしました。小さな町にこの建物を見ましたか？山の角にありますか？

ほとんどの子供たちはこのテストに合格し、次の段階であるスキャンのトレーニングに移りました。

Jungは、トレーニングプロセスを子供と大人のラボメンバーが関与するゲームに変えました。大人は子供を指して「フリーズ！」と言うでしょう。

「子供たちはそれを愛していました。彼らは特に部屋で大人を凍らせるのが好きでした」とユングは言います。 「彼らは私たちの一人を指して、「今の番だ」と言うだろう。」

研究者たちは、スキャナーはカメラのようであり、マシンにいる間にタスクを実行したときに写真がぼやけていないように完全に静かに保持する必要があると参加者に説明しました。

その後、子供たちはゲームのようなタスクを行うように訓練され、小さな町のペアの画像に応じてボタンを押しました。たとえば、特定の消防署の画像が山の画像で表示されている場合、このシナリオが小さな町に正しくマッピングされた場合、ボタンを押す必要がありました。

参加者は、実験のために実際のものを入力する前に、模擬スキャナーでタスクを練習しました。

「私たちは彼らに毛布と枕を居心地の良いものにし、彼らが自分のプライベートな劇場で映画を見ていると説明しました」とユングは言います。 「彼らはその考えが本当に好きだった。」

結果のデータは、5歳の子供が地図を学び、それを心に保持できることを示しました。そして、そうするために、彼らはRSCを使用しました。脳領域は、地図上の建物の場所をコーディングすることに特化しており、ある場所から別の場所に移動することができます。

ケーキの上のアイシングは、研究に関与しているすべての人、つまり研究者を含む – がその経験を喜んだということです。

「子供たちと一緒に仕事をするのは本当に楽しかったです」とユングは言います。 「5歳は子供をスキャンする魔法の時期であることを学びました。彼らは新しいことを恐れる傾向がありません。」

Dilks Labは現在、幼児のプロトコルに取り組むことで、脳がどのように世界を認識して動き回る能力を発達させるかという問題をより深く掘り下げています。

彼らは、幼児や5歳の子供よりも大きな挑戦を証明しています。

「2歳と3歳の間、子供は基本的にあなたの話を聞かないでください」と3歳の母親であるJung氏は言います。

彼女と彼女のラボの仲間は、スキャナー、漫画、チェリオスの段ボールのモックアップを含む戦略を試しています。

「人間が複雑な行動のために脳のさまざまな部分をどのように使用し、それが年齢と経験とともにどのように変化するかを探ることは魅力的です」とユングは言います。 「私たちは、典型的な神経発達と非定型の神経発達をよりよく理解するなど、臨床用途の基礎を築いています。」