Ar kada susimąstėte, kaip voverės prisimena, kur paslėpė savo maistą? Ar gyvūnai, kurie migruoja, žino savo migravimo kelią kiekvienais metais? Kaip paukščiai, gyvenantys didelėse grupėse, prisimena, kur yra jų lizdas tarp tūkstančių kitų? Tai tik keletas klausimų, kurie paskatino tyrimus apie tai, kaip smegenys įrašo informaciją apie aplinką ir gyvūno pozicijos suvokimą toje aplinkoje. Šis darbas gali padėti mums suprasti, kaip laukiniai žirgai randa kelią savo valdose, o taip pat, kaip naminiai žirgai gali rasti kelią namo, jei ištūksta ar turi grįžti be raitelio.

Žemėlapis ir kompasas

Gyvūno navigacija yra sudėtingas procesas, kurį mes tik pradedame suprasti: pirmiausiai gyvūnas nustato savo esamą vietą pagal tai, ką jis žino apie ją, ir tuomet pasirenka tam tikrą kelionės kryptį link savo tikslo. Tai vadinama „žemėlapio“ ir „kompaso“ sistema (peržiūrėta Frost ir Mouritsen, 2006).

Žirgai, gyvenantys natūraliuose dideliuose savo valdų plotuose, juda į skirtingas valdų vietas keičiantis sezonams ir tuo pačiu išteklių prieinamumui. Sugrįžimas namo gali būti apibūdintas kaip navigavimas nuo nedidelio iki vidutinio atstumo nepažįstamoje erdvėje. Bandos naudoja tą patį kelią kiekvienais metais ir alfa kumelė, kuri buvo kelionės vedlė daugelį kartų, nurodo bandai kryptį link namų srities. Taigi, kaip alfa kumelė žino kur eiti?

Žemėlapių sudarymas

Nuo 1970m. tyrėjai studijavo ląstelių mechanizmus, kurie lemia pažinimo žemėlapių susidarymą, erdvinį mokymąsi ir erdvinę atmintį. Paprasčiau tariant, tai reiškia tyrimą ląstelių lygyje apie tai, kaip gyvūnai sudarinėja savo aplinkos žemėlapius, mokosi ir prisimena juos.

Tarkime, žirgas pirmą kartą nueina į gimtojo bandos ploto naują dalį. Kuomet gyvūnas atsiduria naujoje aplinkoje, smegenų procesai apdirba jutiminę informaciją apie šios aplinkos apylinkes – žirgams didžioji dalis šios informacijos bus vizualinė. Per keletą naujos vietos pajautimo minučių apie pusė milijono specializuotų smegenų ląstelių, vadinamų „vietos ląstelėmis“, yra aktyvuojamos. „Vaizdas“ yra išdalinamas į persidengiančius laukus („vietos laukus“) ir kiekvienam laukui priskiriama vietos ląstelė. Kuomet žirgo galva juda link vietos lauko, ląstelė, priskirta tam laukui, aktyvuojasi, o kai kurios ląstelės nustoja veikti, taip suteikdamos orientaciją lauke.

Vietos ląstelės, įrašančios šiuos persidengiančius laukus, iš tikrųjų nėra viena šalia kitos – kas yra efektyvu, nes kiekviena vietos ląstelė gali būti panaudota daugiau nei viename erdviniame žemėlapyje. Smegenys įrašo informaciją keletai savaičių ir tik tada, jeigu informaciją reikia išsaugoti, ji yra perkeliama į tą smegenų dalį, kurioje informacija yra saugoma, t.y. galvos smegenų žievę. Šis mechanizmas pasitvirtina „netolimų kelionių“ navigavimui, tačiau yra artimas ir tolimesnėms distancijoms, kadangi įveikinėjant visą maršrutą, bus ir trumpesnių kelionės tikslų (pavyzdžiui, ištekliai kelyje, tokie kaip upė, iš kurios bus geriama).

Iki 1996 mokslininkai nebuvo tikri, ar gyvūnai išmoksta savo aplinką kaip žemėlapį, ar reaguoja automatiškai į įvairius stimulus, kuriuos prieina. Tačiau po įvairių skirtingų tyrimų gana akivaizdu, jog žirgai studijuoja savo aplinką kaip žemėlapį, o ne tiesiog spontaniškai reaguoja į tam tikrus požymius, dirgiklius ar stimulus toje aplinkoje.

Kelio radimas

Vis dar tiriama, kaip tiksliai gyuvūnai naviguoja tolimuose atstumuose, bet jau yra kelios įdomios koncepcijos, kurios yra susijusios su žirgų grįžimo namo elgsena:

1. Stimulų minimizavimas: mes kreipiame dėmesį tik į reikšmingas užuominas. Kaip ir klausdami krypties, mes nenorime ir mums nereikia žinoti detalių apie tai, kas gyvena visuose namuose, kuriuos praeisime, mums tik reikia žinoti, kur pasukti dešinėn, ar jei ieškome kažko, kas turi mus pasitikti aerouoste minioje, nepastebėsime kitų žmonių bruožų, o ieškosime tik to, kurio laukiame. Žirgai taip pat nepriima visų užuominų aplinkoje, tik tas, kurios yra svarbios (galbūt tai bus didelis medis, tinkamas pasikasymui, ar vieta šėšėlyje).
2. Funkcijos teorija: tuo pačiu būdu, kaip minėta viršuje, mes ir žirgai galime prisiminti dalį maršruto neprisimindami visko, kas jame buvo.
3. Kontekstas: tuo pačiu būdu, kuriuo mes galime neprisiminti paštininko iš jo uniformos sutikę jį parduotuvėje, yra ir kontekstine prasme specifinis elementas besiorientuojant žemėlapiuose.
4. Orientyrai: tikėtina, kad žirgai naudoja orientyrus tam, kad atpažintų savo namų plotą. Įžymus etologas Tinbergen įrodė, jog gyvūnai naudoja orientyrus norėdami rasti savo gūžtas. Pavyzdžiui, jei vabzdžio lizdas yra apsuptas tam tikru būdu suformuotų pušų konkorėžiais, o vabzdžiui palikus lizdą, jūs perkeliat konkorėžius į naują vietą, vabzdys grįš prie konkorėžių, o ne į lizdą. Orientyrai, kuriuos naudoja žirgai, gali būti medžiai, rieduliai, namai; jais gali būti tam tikras kvapų derinys.
5. Prototipo teorija (Hernstein, 1976): jei maršrutas kartojamas daug kartų, jis bus atsimintas idealiai. Pavyzdžiui, jei jūs keliaujate į darbą tuo pačiu maršrutu kiekvieną dieną, jūs smulkiai neatsiminsite pirmo karto, kaip juo keliavote, tik prisiminsite tuos išskirtinius kartus, kurie buvo labai geri arba labai blogi. Taip pat, jei kumeliukas keliauja tuo pačiu maršrutu daugybę kartų, jis prisimins tik kelis kartus iš visų.
6. Centrinio modelio generatoriai yra smegenų ląsytelių komplektai, kurie aktyvuoja ląsteles ir sąlygoja judesį pagal iš anksto numatytą modelį. Kuomet žirgas gauna vizualinį stimulą, susijusį su namų sritimi, centrinio modelio generatoriai gali iššaukti automatišką ėjimo elgesį link to vizualinio stimulo. Gyvūnai formuoja žemėlapius, kaip aprašyta anksčiau, tačiau gali pasitaikyti ir automatinės elgsenos elementų tame žemėlapyje.
7. Laikas: žirgai turi žinoti, kokiu tiksliu laiku pajudėti iš vienos vietos, kad pasiektų reikiamą vietą tinkamu metu, kuomet gausu išteklių. Siūlomas variantas yra tas, kad galimai prie atminties formavimosi priededama „laiko žymė“ (pvz., kuomet medžiai žali, kelionė turi prasidėti).

Kuomet žirgas juda savo namų srityje ar jojamas trasoje, jis studijuoja aplinką – įskaitant ir informaciją apie orientyrus ir kitus aplinkos bruožus – tokius plotus, kaip šėšėliuotos vietos ar itin geros ganyklos. Jei žirgas laukinis ar laikomas natūraliai bandose, būdamas kumeliuku, jis seks paskui grupę prie skirtingų išteklių skirtingais metų laikais. Jis atsimins (pagal prototipų teoriją, minėtą anksčiau) idealią situaciją kur, pavyzdžiui, perkirsti upę.

Fiziologiškai, kuomet kumeliukas patenka į naują aplinką, vietos ląstelės bus suaktyvintos tame vieots lauke, ir kuomet jis orientuos savo galvą tam tikra pozicija, susijusios galvos krypties ląstelės, paveiktos orientyrų ir informacijos apie galvos padėtį orientuojantis, bus aktyvuotos. Kuomet jis atsiduria tam tikrose vietose savo namų srityje, aktyvuojasi tinklelio ląstelės tam, kad pridėtų vietos kodus prie atminties, susijusios su įvykiu (geri plotai maistui, pavyzdžiui).

Nors dar prireiks daugelio tyrimų, kad patvirtinti žirgų ‚žemėlapių‘ teoriją, anot mokslininkų, kol kas tai- geriausias paaiškinimas, kaip žirgai randa kelią namo.