Дети в возрасте 5 лет могут ориентироваться в «крошечном городе»: новые сведения о том, как мозг развивает навигационные навыки
Многие поведенческие исследования показывают, что умение ориентироваться на больших пространствах (так называемая навигация по карте) формируется только к 12 годам.
Нейробиологическое исследование в Университете Эмори опровергает это предположение. С помощью экспериментов, сочетающих сканирование мозга и виртуальную среду , исследователи назвали ее Tiny Town, и показали, что у пятилетних детей есть мозговая система, которая поддерживает навигацию на основе карт.
Журнал Proceedings of the National Academy of Sciences опубликовал результаты исследования, которые стали первым нейронным доказательством того, что эта когнитивная способность присутствует у столь маленьких детей.
«Хотя масштабные навигационные способности, безусловно, продолжают развиваться на протяжении всего детства, наши результаты показывают, что базовая нейронная система формируется на удивление рано», — говорит Яэлан Юнг, первый автор исследования и научный сотрудник кафедры психологии Эмори.
«Вместо того, чтобы тратить десятилетие или больше, навигация на основе карты осуществляется в два раза быстрее», — добавляет Дэниел Дилкс, доцент кафедры психологии и старший автор исследования. «У пятилетних детей мозговая система позволяет им ориентироваться в крошечном виртуальном городе. Они не только знают, что магазин мороженого в горном регионе отличается от магазина мороженого в озерном регионе, они еще и знают, как ориентироваться на улицах, чтобы добраться до каждого из них».
Играть
00:00
00:14
Немой
Настройки
ПИП
Перейти в полноэкранный режим
Играть
Кредит: Университет Эмори.
Картирование визуального мозга
Дилкс находится на переднем крае выявления конкретных функций зрительной коры, связанных с обработкой лиц, мест и объектов — того, как мы распознаем и перемещаемся в нашем мире. Он также является пионером в методах изучения временной шкалы развития этих функций, от младенчества до взрослой жизни.
«Два фундаментальных вопроса в нейронауке, — объясняет он, — это то, как знания организованы в мозге, и каковы истоки этих знаний. Другими словами, с какими знаниями вы рождаетесь и как знания развиваются по мере вашего взросления?»
Технология фМРТ открывает окно в эти вопросы. Безвредная, неинвазивная техника использует гигантский магнит для сканирования мозга и регистрации магнитных свойств крови. Она измеряет повышенный приток крови к области мозга, указывая на то, что эта область более активна.
В исследованиях взрослых за последнее десятилетие лаборатория Дилкса показала, что три области мозга, избирательные к сцене, выполняют отдельные, неперекрывающиеся задачи. Область парагиппокампального места (PPA) позволяет нам распознавать места и группировать их в категории. Ретросплениальный комплекс (RSC) отображает места в их правильных местоположениях в пределах большего пространства, позволяя нам перемещаться из одного места в другое. Область затылочного места (OPA) позволяет нам ходить по нашему непосредственному окружению, не натыкаясь на границы или другие препятствия.
«Мы не можем исправить большинство неврологических проблем прямо сейчас», — говорит Дилкс. «Но продолжая узнавать больше о том, как мозг развивается и функционирует нормально, мы приближаемся к возможности восстанавливать его, когда что-то идет не так».
Пешеходная навигация против навигации на основе карты
В 2024 году Дилкс и Юнг обнаружили, что система мозга, отвечающая за перемещение в непосредственном окружении, избегание границ и препятствий, не похожа на таковую у взрослых до 8 лет.
«Это кажется нелогичным», — говорит Дилкс. «Большинство детей умеют ходить до двух лет. И все же мозговая система, помогающая вам ходить в вашем непосредственном окружении, начинает проявляться как у взрослых лишь сравнительно поздно».
Дилкс и Юнг выдвинули теорию, что, казалось бы, более сложные и изощренные способности навигации на основе карты развиваются раньше. Они отметили, что даже до того, как они научатся хорошо ходить, детей носят из комнаты в комнату и возят в колясках с места на место, что позволяет им по сути выстраивать карту своего окружения.
Для текущей статьи они разработали экспериментальные протоколы для пятилетних детей, чтобы проверить свою теорию.
Они начали с виртуального города, известного как Нейралвилль, разработанного лабораторией Дилкса для исследования взрослых. Он состоит из восьми зданий, расположенных на улицах, окружающих городскую площадь, и ориентированных по четырем сторонам света.
В ходе тестов с пятилетними участниками, зарегистрированными в Emory Child Study Center, Юнг вскоре поняла, что Нейралвиль был для них слишком сложным для навигации. Она упростила парадигму, превратив ее в треугольник, и назвала его Tiny Town. Вместо сторон света отличительные ландшафты очерчивают каждую точку треугольника, включая угол горы, угол дерева и угол озера.
Она создала шесть сооружений для Tiny Town, в том числе по два в категориях, представляющих общий интерес для детей: магазины мороженого, игровые площадки и пожарные станции.
Делаем науку интересной
По словам Юнга, проведение экспериментов с участием детей требует креативности и терпения.
«Мы хотим получить ответы на научные вопросы, на которые пытаемся ответить, — объясняет она, — но также важно, чтобы ребенок, участвующий в исследовании, хорошо провел время. Мы хотим, чтобы у него осталось хорошее впечатление о науке».
Сначала Юнг познакомила ребенка с виртуальным городом, используя клавиши со стрелками на компьютере для перемещения по его улицам и прибытия в разные места. Затем она предложила ребенку сделать то же самое. «Было интересно, что они так хорошо справились», — говорит она.
За этим ознакомлением последовали проверки их знаний. Она показывала неподвижные изображения Tiny Town ребенку и задавала такие вопросы: Ты видел это здание в Tiny Town? Оно в горном углу?
Большинство детей прошли этот тест и перешли к следующему этапу: обучению сканированию.
Юнг превратил процесс обучения в игру, в которой участвовали дети и взрослые члены лаборатории. Взрослый показывал на ребенка и говорил: «Замри!»
«Детям это нравилось. Им особенно нравилось замораживать взрослых в комнате», — говорит Юнг. «Они указывали на одного из нас и говорили: «Теперь твоя очередь»».
Исследователи объяснили участникам, что сканер подобен камере, и им нужно будет сохранять полную неподвижность, чтобы фотография не получилась размытой, когда они будут выполнять задание, находясь в машине.
Затем детей обучали выполнять игровую задачу, нажимая кнопку в ответ на парные изображения из Tiny Town. Например, если изображение определенной пожарной станции было показано вместе с изображением гор, им нужно было нажать кнопку, если этот сценарий правильно отображался на Tiny Town.
Участники отрабатывали задание на макете сканера, прежде чем перейти к настоящему для эксперимента.
«Мы дали им одеяло и подушку, чтобы было уютно, и объяснили, что они будут смотреть фильм в своем собственном кинотеатре», — говорит Юнг. «Им очень понравилась эта идея».
Полученные данные показали, что пятилетние дети могут выучить карту и удерживать ее в уме. И для этого они использовали свой RSC — область мозга, специализирующуюся на кодировании местоположения зданий на карте, что позволяет нам перемещаться из одного места в другое.
Вишенкой на торте стало то, что все участники исследования, включая исследователей, остались довольны полученным опытом.
«Было очень весело работать с детьми», — говорит Юнг. «Я узнал, что возраст пяти лет — это волшебное время для сканирования ребенка. Они не склонны бояться нового».
В настоящее время лаборатория Дилкса более глубоко изучает вопрос о том, как мозг развивает способность распознавать окружающий мир и перемещаться по нему, работая над протоколом для детей ясельного возраста.
Они представляют собой более серьезную проблему, чем младенцы и пятилетние дети.
«В возрасте от двух до трех лет дети практически не слушаются», — говорит Юнг, мать трехлетнего ребенка.
Она и ее коллеги по лаборатории пробуют стратегии, включающие картонный макет сканера, мультфильмы и хлопья Cheerios.
«Увлекательно изучать, как люди используют различные части мозга для сложного поведения и как это меняется с возрастом и опытом», — говорит Юнг. «Мы закладываем основу для клинических приложений, включая лучшее понимание типичного и атипичного развития нейронов».