When we park in a big parking lot, how do we remember where we parked our car? Here's the problem facing Homer. And we're going to try to understand what's happening in his brain.
موقعی که ما ماشینمونو در یک پارکینگ بزرگ پارک میکنیم چطور بیاد میاریم که ماشینمونو در کجا پارک کردیم؟ این مشکلیه که هومرباهاش مواجه است. وما میخواهیم بفهمیم که درمغز او چه میگذره؟
So we'll start with the hippocampus, shown in yellow, which is the organ of memory. If you have damage there, like in Alzheimer's, you can't remember things including where you parked your car. It's named after Latin for "seahorse," which it resembles. And like the rest of the brain, it's made of neurons.
خب ما با هیپوکمپ که برنگ زرد نشان داده شده شروع میکنیم هیپوکمپ اندام حافظه است. اگه دراین ناحیه دچار آسیب بشید مثل آلزابمر شما نمیتونید چیزهایی شامل محل پارک کردن ماشینتونو بیاد بیارید این بدنبال یک نام لاتینی بنام"اسب دریایی" نامیده شد که ازنظر شکل ظاهری شبیه اونه. ومانند بقیه مغز از رشته های عصبی ساخته شده.
So the human brain has about a hundred billion neurons in it. And the neurons communicate with each other by sending little pulses or spikes of electricity via connections to each other. The hippocampus is formed of two sheets of cells, which are very densely interconnected. And scientists have begun to understand how spatial memory works by recording from individual neurons in rats or mice while they forage or explore an environment looking for food.
که مغز انسان حاوی حدودا یکصد میلیارد رشته عصبی در درونش است. واین رشته های عصبی که از این پس اونها رو بنام نرون میشناسیم با هم درارتباط هستند. با ارسال پالسهای کوچک یا جرقه های الکتریکی با یکدیگر در ارتباط مقابل هستیند. با ارسال پالسهای کوچک یا جرقه های الکتریکی با یکدیگر در ارتباط مقابل هستیند. هیپوکمپ از دوصفحه سلول ساخته میشه که بسیار متراکم با هم درارتباطند. ودانشمندان شروع به فهمیدن چگونگی کارکردن حافظه شکلی و مکانی کرده اند، با ضبط کردن نورونهای منفرد درموشهای خرما یا موشهای خانگی در حالیکه بدنبال غذا یا اکتشاف محیط زیست هستند در حالیکه بدنبال غذا یا اکتشاف محیط زیست هستند
So we're going to imagine we're recording from a single neuron in the hippocampus of this rat here. And when it fires a little spike of electricity, there's going to be a red dot and a click. So what we see is that this neuron knows whenever the rat has gone into one particular place in its environment. And it signals to the rest of the brain by sending a little electrical spike. So we could show the firing rate of that neuron as a function of the animal's location. And if we record from lots of different neurons, we'll see that different neurons fire when the animal goes in different parts of its environment, like in this square box shown here. So together they form a map for the rest of the brain, telling the brain continually, "Where am I now within my environment?"
خب تصورکنیم داریم از یک نورون این موش در ناحیه هیپم کامپ ضبط می کنم. خب تصورکنیم داریم از یک نورون این موش در ناحیه هیپم کامپ ضبط می کنم. وزمانی که اون یک جرقه الکتریکی از خودش ساطع میکنه قراره یک نقطه قرمزرنگ باشه و یک کلیک. درنتیجه آنچه که مامیبینیم اینه که این نورون هرزمانی را که این موش به یک مکان بخصوص درمحیط زیستش رفته را میشناسد. وبا ارسال یک جرقه الکتریکی کوچک به بقیه مغز پیام میفرسته. وبا ارسال یک جرقه الکتریکی کوچک به بقیه مغز پیام میفرسته. درنتیجه ما میتونیم سرعت خروج این پیامها از نورون رابعنوان یک عملکرد موقعیت حیوان نشان دهیم. و اگه از بسیاری از نورونهای متفاوت این اطلاعاتو بدست بیاریم میبینیم که نورونهای متفاوتی درحال ارسال اطلاعاتند درهنگامی که حیوان به نقاط مختلف محیط اطرافش میره میبینیم که نورونهای متفاوتی درحال ارسال اطلاعاتند درهنگامی که حیوان به نقاط مختلف محیط اطرافش میره مثل جعبه مربع شکلی که اینجا نشان داده شده. که به اتفاق هم یک نقشه را برای بقیه بخشهای مغز شکل میدهند که به اتفاق هم یک نقشه را برای بقیه بخشهای مغز شکل میدهند ودائما دارن به مغز میگن " الان در کجای محیط اطرافم هستم ؟"
Place cells are also being recorded in humans. So epilepsy patients sometimes need the electrical activity in their brain monitoring. And some of these patients played a video game where they drive around a small town. And place cells in their hippocampi would fire, become active, start sending electrical impulses whenever they drove through a particular location in that town.
سلولهای مکانی هم در حال ضبط شدن درانسانها هستند. درنتیجه بیماران مبتلا به تشنج(صرع) گاهی اوقات نیازمند فعالیت الکتریکی در راهبری مغزشان هستند. وبرخی از این بیماران در یک بازی ویدئویی بازی کردند جایی که اونها دوروبریک شهر کوچک میگردند. وسلولهای مکانی درهیپوکامپشون که آتش میکرد فعال میشه و هرزمان که اونها بسمت اون مکان بخصوص در اون شهر میراندندُ اونها شروع به ارسال پالسهای الکتریکی میکنند و هرزمان که اونها بسمت اون مکان بخصوص در اون شهر میراندندُ اونها شروع به ارسال پالسهای الکتریکی میکنند
So how does a place cell know where the rat or person is within its environment? Well these two cells here show us that the boundaries of the environment are particularly important. So the one on the top likes to fire sort of midway between the walls of the box that their rat's in. And when you expand the box, the firing location expands. The one below likes to fire whenever there's a wall close by to the south. And if you put another wall inside the box, then the cell fires in both place wherever there's a wall to the south as the animal explores around in its box. So this predicts that sensing the distances and directions of boundaries around you -- extended buildings and so on -- is particularly important for the hippocampus. And indeed, on the inputs to the hippocampus, cells are found which project into the hippocampus, which do respond exactly to detecting boundaries or edges at particular distances and directions from the rat or mouse as it's exploring around.
خب یک سلول مکانی چگونه میفهمه یک موش یا انسان در درون محیط اطرافش هست؟ خوب، این دوتاسلول اینجا هستند وبه ما مرزهای محیط اطرافمون را نشون میدن. خیلی با اهمیت و مهمند. اون یکی که در بالا قرار داره دوست داره که شلیک کنه بنوعی به میانه دیوارهای جعبه ای که موشها درونش هستند. وزمانی که جعبه را بسط میدید مکان شلیک هم بسط پیدا میکنه. اونی که پایینه دوست داره شلیک کنه هرزمانی که یک دیوار به جنوب نزدیک بشه. واگه شما یک دیوار دیگه داخل جعبه قراربدید سلول درهر دومکان شلیک میکنه هرجایی که دیواری بسمت جنوب وجودداشته باشه همانطور که جانور دوروبر ودرون جعبه به اکتشاف میپردازه. درنتیجه این پیشگوییها که فواصل و جهات مرزها ی دوروبرشمارابراتون محسوس میکنه-- ساختمانهای امتداد یافته و نظایراون-- برای هیپوکمپ بطور ویژه ای مهمه. ودرواقع در ورودیهای به هیپوکامپ سلولهایی یافت میشن که به داخل هیپوکمپ وارد میشه و برنامه ریزی شده است. که بطوردقیق به مرزهای جستجوگر و یا لبه ها در فواصل و جهات مشخص از محلی که موشها در حال جستجو هستند، پاسخ میدهد. که بطوردقیق به مرزهای جستجوگر و یا لبه ها در فواصل و جهات مشخص از محلی که موشها در حال جستجو هستند، پاسخ میدهد. که بطوردقیق به مرزهای جستجوگر و یا لبه ها در فواصل و جهات مشخص از محلی که موشها در حال جستجو هستند، پاسخ میدهد. که بطوردقیق به مرزهای جستجوگر و یا لبه ها در فواصل و جهات مشخص از محلی که موشها در حال جستجو هستند، پاسخ میدهد. که بطوردقیق به مرزهای جستجوگر و یا لبه ها در فواصل و جهات مشخص از محلی که موشها در حال جستجو هستند، پاسخ میدهد.
So the cell on the left, you can see, it fires whenever the animal gets near to a wall or a boundary to the east, whether it's the edge or the wall of a square box or the circular wall of the circular box or even the drop at the edge of a table, which the animals are running around. And the cell on the right there fires whenever there's a boundary to the south, whether it's the drop at the edge of the table or a wall or even the gap between two tables that are pulled apart. So that's one way in which we think place cells determine where the animal is as it's exploring around.
سلول سمت چپ که دارید میبینید شلیک میکنه هرزمان که جانور به دیوار یا مرزی که در سمت شرق واقع شده نزدیک میشود شلیک میکنه شلیک میکنه هرزمان که جانور به دیوار یا مرزی که در سمت شرق واقع شده نزدیک میشود شلیک میکنه خواه لبه باشه یا دیوار یک جعبه مکعب باشه یا دیوار کروی یک جعبه مدور باشه یا حتی در یک سقوط در کناره میز که جانورها دارند دورش میگردن. و سلول سمت راست هرزمان که یک مرز بسمت جنوب باشه شلیک میکنه خواه سقوط در در لبه این میز یا یک دیوار یا حتی یک فاصله بین دو میز که دارند ازهم جدا میشن باشه درنتیجه اون یک شیوه ایست که ما تفکرمیکنیم سلولهای مکانی تمایز میدن کجا جانورداره پرسه میزنه.
We can also test where we think objects are, like this goal flag, in simple environments -- or indeed, where your car would be. So we can have people explore an environment and see the location they have to remember. And then, if we put them back in the environment, generally they're quite good at putting a marker down where they thought that flag or their car was. But on some trials, we could change the shape and size of the environment like we did with the place cell.
همچنین میتونیم آزمایش کنیم که فکر میکنیم اشیاء در کجا هستند، مثل پرچم هدف در محیط ساده-- یا درواقع ماشین شما کجامیتونه باشه. ما میتونیم مردمی را داشته باشیم که محیطی را کشف میکنند و مکانی را که مجبور به یاداوری باشند را ببینند. وبعد اگر ما اونها را در محیط به عقب برگردانیم عموما اونها در اینکه یک نشانگر را پایین بگذارند خیلی خوبند جایی که اونها فکرکردند اون پرچم یا ماشینشون بوده. ولی دربرخی آزمایشات مامیتونیم اندازه و شکل محیط را عوض کنیم مانند کاری را که با سلولهای مکانی کردیم.
In that case, we can see how where they think the flag had been changes as a function of how you change the shape and size of the environment. And what you see, for example, if the flag was where that cross was in a small square environment, and then if you ask people where it was, but you've made the environment bigger, where they think the flag had been stretches out in exactly the same way that the place cell firing stretched out. It's as if you remember where the flag was by storing the pattern of firing across all of your place cells at that location, and then you can get back to that location by moving around so that you best match the current pattern of firing of your place cells with that stored pattern. That guides you back to the location that you want to remember.
دراین مورد میتونیم ببینیم چگونه اونها فکرمیکنند که پرچم تغییرکرده بعنوان یک عملکرد اینکه چگونه شما شکل و اندازه محیط را تغییر میدهید. وبعنوان مثال چیزی که میبینید اگه اون پرچم جایی که اون تقاطع بود ، در یک محیط مربع مانند کوچک قرار داشت، وبعد اگه شما ازمردم بپرسید اون کجا بود ولی شما محیط رابزرگتر کرده اید جایی که اونها فکر میکنند اون پرچم دقیقا بهمون طریق کشیده شده که سلولهای مکانی به بیرون کشیده شده ها شلیک میکنه این درصورتیه که بیاد بیارید اون پرچم کجابود با نگهداری مدل شلیک کردن به سرتاسر سلولهای مکانی شما دراون مکان وبعد شما میتونید به همون مکان برگردید با بدورچرخیدن که بهترین حالت ممکن موجود در شلیک کردن سلولهای مکانی را انجام داده اید با اون مدل نگهداری شده. اون شما را راهنمایی میکنه به مکانی که میخواهید بیاد بیاورید برگردید
But we also know where we are through movement. So if we take some outbound path -- perhaps we park and we wander off -- we know because our own movements, which we can integrate over this path roughly what the heading direction is to go back. And place cells also get this kind of path integration input from a kind of cell called a grid cell.
ولی ما همچنین میدانیم درکجاما در مسیر حرکت هستیم درنتیجه اگر ما رهسپار مسیرشویم-- شاید ما پارک کنیم و متعجب شویم-- مامیدونیم چونکه حرکتهای خودمان که میتونیم دراین مسیر متمایز کنیم تقریبا چیزی که جهت را نشان میده درپشت سرماست. وسلولهای مکانی ورودی اینچنین نوع از تمایز راه را میگیرند از یک نوع ازسلول بنام سلول مشبک.
Now grid cells are found, again, on the inputs to the hippocampus, and they're a bit like place cells. But now as the rat explores around, each individual cell fires in a whole array of different locations which are laid out across the environment in an amazingly regular triangular grid. And if you record from several grid cells -- shown here in different colors -- each one has a grid-like firing pattern across the environment, and each cell's grid-like firing pattern is shifted slightly relative to the other cells. So the red one fires on this grid and the green one on this one and the blue on on this one.
اکنون سلولهای مشبک دوباره یافت میشن در ورودیهای هیپوکمپ و اونها کمی شبیه سلولهای مکانی هستند. ولی الان همانطور که موش دوروبرپرسه میزنه هریک ازسلولهای منفرد شلیک میکنن در یک دسته از مکانهای متفاوت که در سراسر محیط پخش و بطور شگفت آوری به شکل یک شبکه منظم در میآیند. که در سراسر محیط پخش و بطور شگفت آوری به شکل یک شبکه منظم در میآیند. واگه شما ازچندین سلول مشبک ضبط کنید- اینجا برنگهای متفاوت نشان داده شده است- که هریک الگوی شبکه ای مانند شلیک درمحیط دارند وهریک از این الگوهای شلیکی سلول کمی نسبت به سایر سلولها تغییر میکنه. وهریک از این الگوهای شلیکی سلول کمی نسبت به سایر سلولها تغییر میکنه. درنتیجه قرمز رنگها دراین شبکه ، وسبزرنگها دراین یکی وآبی ها رنگها در این شلیک میکنند. درنتیجه قرمز رنگها دراین شبکه ، وسبزرنگها دراین یکی وآبی ها رنگها در این شلیک میکنند.
So together, it's as if the rat can put a virtual grid of firing locations across its environment -- a bit like the latitude and longitude lines that you'd find on a map, but using triangles. And as it moves around, the electrical activity can pass from one of these cells to the next cell to keep track of where it is, so that it can use its own movements to know where it is in its environment.
درنتیجه باهم اگه موش بتونه یک شبکه مجازی از مکانهای شلیک کننده در سراسر محیطش بگذاره -- اگه موش بتونه یک شبکه مجازی از مکانهای شلیک کننده در سراسر محیطش بگذاره -- کمی شبیه خطوط عرض و طول جغرافیایی که روی نقشه جغرافیایی می یابید است ولی از ولی مثلثی استفاده میشه. وهمینطور که میگرده فعالیت الکتریکی میتونه عبورکنه ازسلولی به سلول دیگه عبورکنه برای اینکه ردیابی کنه کجاست بنابر این برای اینکه بفهمه کجای محیط قرارداره ، اون میتونه از حرکات خودشو استفاده کنه. بنابر این برای اینکه بفهمه کجای محیط قرارداره ، اون میتونه از حرکات خودشو استفاده کنه.
Do people have grid cells? Well because all of the grid-like firing patterns have the same axes of symmetry, the same orientations of grid, shown in orange here, it means that the net activity of all of the grid cells in a particular part of the brain should change according to whether we're running along these six directions or running along one of the six directions in between. So we can put people in an MRI scanner and have them do a little video game like the one I showed you and look for this signal. And indeed, you do see it in the human entorhinal cortex, which is the same part of the brain that you see grid cells in rats.
آیا مردم سلولهای مشبک دارن؟ خب بخاطراینکه همه الگوهای شلیک شبه مشبکی محورهای تقارن یکسانی دارند جهت گیریهای شبکیه ای یکسان که اینجا برنگ نارنجی نشان داده میشه بدین معناست که فعالیت شبکه همه سلولهای شبکه ای در یک قسمت ویژه ازمغز باید تغییرکنند مطابق با اینکه آیا ما داریم در طول این شش جهت و یا به طول یکی از این شش جهت می دویم. یا بسوی یکی از این 6 جهات. خب..مامیتونیم مردم را دریک اسکنر MRI قراردهیم و اونها را وادار کنیم که کمی بازی ویدئویی بازی کنند مثل اونچه نشونتون دادم و جستجوبرای این علامت. ودرواقع شما اونو در قسمتی از قشر مغز زیاد میبینید که همون قسمتی ازمغزه که شما سلولهای مشبک را در موش میبینید.
So back to Homer. He's probably remembering where his car was in terms of the distances and directions to extended buildings and boundaries around the location where he parked. And that would be represented by the firing of boundary-detecting cells. He's also remembering the path he took out of the car park, which would be represented in the firing of grid cells. Now both of these kinds of cells can make the place cells fire. And he can return to the location where he parked by moving so as to find where it is that best matches the firing pattern of the place cells in his brain currently with the stored pattern where he parked his car. And that guides him back to that location irrespective of visual cues like whether his car's actually there. Maybe it's been towed. But he knows where it was, so he knows to go and get it.
خب به هامر برگردیم. او احتمالا داره بیاد میاره ماشینش کجا بود ازنظر فواصل و جهت ها برای ساختمانهای امتداد یافته و مرزها دراطراف مکانی که او پارک کرده. و اون میتونه توسط شلیک سلولهای جستجوی مرزی نمایانگر بشه و اون میتونه توسط شلیک سلولهای جستجوی مرزی نمایانگر بشه او همچنین داره بیاد میاره مسیری را که از پارکینگ اومده که میتونه در شلیک سلولهای مشبک نماینگرشود. حالا هردوی این نوع سلولها میتونند سلولهای مکانی را به شلیک وادارند. واو میتونه به مکانی که ماشینشو پارک کرده برگرده با حرکت کردن بمنظور یافتن مکان اون که بهترین تطابق الگوی شلیک از سلولهای مکانی حاضر در مغزش با الگوی نگهداری شده از محلی که ماشینشو پارک کرده. واون راهنماییش میکنه که به اون مکان برگرده بدون درنظرگرفتن سرنخهای بینایی مثل اینکه ماشینش واقعا اونجاست. شاید اون را بُرده شده باشه. ولی او میدونه که اون کجابوده درنتیجه او میدونه که بره واونو بگیره.
So beyond spatial memory, if we look for this grid-like firing pattern throughout the whole brain, we see it in a whole series of locations which are always active when we do all kinds of autobiographical memory tasks, like remembering the last time you went to a wedding, for example. So it may be that the neural mechanisms for representing the space around us are also used for generating visual imagery so that we can recreate the spatial scene, at least, of the events that have happened to us when we want to imagine them.
که درپس حافظه فضایی اگه ما بدنبال این الگوی شلیک شبه مشبک در کل مغز باشیم، اگه ما بدنبال این الگوی شلیک شبه مشبک در کل مغز باشیم، میبینیم که هنگامی که ما حافظه سرگذشت خودمونو بیاد میآوریم اغلب در یک سری کامل از مکانها فعالند. میبینیم که هنگامی که ما حافظه سرگذشت خودمونو بیاد میآوریم اغلب در یک سری کامل از مکانها فعالند. میبینیم که هنگامی که ما حافظه سرگذشت خودمونو بیاد میآوریم اغلب در یک سری کامل از مکانها فعالند. برای مثال ، مانند بیاد آوردن آخرین باری که به یک مراسم عروسی رفتید. اون ممکنه مکانیسم عصبی باشه برای نمایندگی فضای اطراف ما که برای تولید تصاویر بصری نیز استفاده میشوند که حداقل میتونیم صحنه فضا و مکان رویدادهایی که برامون اتفاق افتاده اند را در زمانی که میخواهیم اونها راتصورکنیم ، بازسازی کنیم. که حداقل میتونیم صحنه فضا و مکان رویدادهایی که برامون اتفاق افتاده اند را در زمانی که میخواهیم اونها راتصورکنیم ، بازسازی کنیم.
So if this was happening, your memories could start by place cells activating each other via these dense interconnections and then reactivating boundary cells to create the spatial structure of the scene around your viewpoint. And grid cells could move this viewpoint through that space. Another kind of cell, head direction cells, which I didn't mention yet, they fire like a compass according to which way you're facing. They could define the viewing direction from which you want to generate an image for your visual imagery, so you can imagine what happened when you were at this wedding, for example.
درنتیجه اگه این اتفاق میفتاد حافظه شما میتونست با فعال هریک از سلولهای مکانی شروع بشه درمقابل این روابط و تعاملات بسیار فشرده و بعد بازفعال سازی سلولهای مرزی برای خلق ساختار فضایی صحنه دوروبر نقطه دیدتون و سلولهای مشبک میتونن این نقطه دید را از میان اون فضا حرکت دهند. و نوع دیگری از سلوولها بنام سلولهای جهت دهند به جلو که من هنوز اسمی ازش نبردم که مانندیک قطب نما شلیک میکنه با درنظرگرفتن اینکه شما به کدوم طرف میرید آنها می توانند جهت نگاه را از جایی که شما می خواهید یک تصویر برای تصویرساز بصری خود بسازید، را تعریف کنند. آنها می توانند جهت نگاه را از جایی که شما می خواهید یک تصویر برای تصویرساز بصری خود بسازید، را تعریف کنند. آنها می توانند جهت نگاه را از جایی که شما می خواهید یک تصویر برای تصویرساز بصری خود بسازید، را تعریف کنند.
So this is just one example of a new era really in cognitive neuroscience where we're beginning to understand psychological processes like how you remember or imagine or even think in terms of the actions of the billions of individual neurons that make up our brains.
که این فقط یک مثال است از یک دوره جدید در علم اعصاب شناختی جایی که فراگیری پروسه های روانشناختی شروع کردیم مانند اینکه چطور بیاد میارید یا تصورمیکنید یا حتی فکرمیکنید ازلحاظ کنشهای میلیاردها نرونی که مغزمان را میسازند.
Thank you very much.
ازشما ممنونم
(Applause)
...تشویق حضار...