הערכת ניווט מרחבי אנושי במרחב וירטואלי ורגישותו לפעילות גופנית
Summary
כאן אנו מציגים מטלת ניווט מרחבית חדשנית, קצרה ופעילה המעריכה הן את יכולת הניווט המרחבי והן את יכולת הזיכרון האפיזודי. חשוב לציין שניווט מרחבי וזיכרון אפיזודי היו קשורים זה לזה, ומשימה זו הפגינה רגישות לפעילות גופנית.
Abstract
ניווט מרחבי (SN) הוא היכולת לרחף דרך הסביבה, הדורשת הבנה של המיקום בזמן ובמרחב. יכולת זו ידועה כמסתמכת על ירי רציף של תאי מקום בתוך ההיפוקמפוס. SN היא התנהגות חשובה לחקור כמו תהליך זה מתדרדר עם הגיל, במיוחד בהפרעות נוירודגנרטיביות. עם זאת, החקירה של SN מוגבלת על ידי היעדר טכניקות התנהגותיות מתוחכמות כדי להעריך משימה זו תלויה בהיפוקמפוס. לכן, מטרת פרוטוקול זה הייתה לפתח גישה חדשנית בעולם האמיתי לחקר SN בבני אדם. באופן ספציפי, משימת SN וירטואלית פעילה פותחה באמצעות מנוע משחק חוצה פלטפורמות. במהלך שלב הקידוד, המשתתפים ניווטו את דרכם בעיר וירטואלית כדי לאתר ציוני דרך. במהלך שלב הזיכרון, המשתתפים זכרו היכן היו מיקומי התגמול הללו והעבירו פריטים למיקומים אלה. הזמן למצוא כל מיקום נלכד והזיכרון האפיזודי הוערך על ידי שלב ההיזכרות החופשית, כולל היבטים של מקום, סדר, פריט ואסוציאציה. התנהגות תנועתית (קואורדינטות x, y ו-z) הוערכה באמצעות נכס זמין במנוע המשחק. חשוב לציין, תוצאות משימה זו מראות כי היא לוכדת במדויק הן למידה מרחבית ויכולות זיכרון, כמו גם זיכרון אפיזודי. יתר על כן, הממצאים מצביעים על כך שמשימה זו רגישה לפעילות גופנית, המשפרת את תפקוד ההיפוקמפוס. בסך הכל, הממצאים מציעים דרך חדשה לעקוב אחר תפקוד ההיפוקמפוס האנושי לאורך זמן, כאשר התנהגות זו רגישה לפרדיגמות של אימון פעילות גופנית.
Introduction
הנעת הגוף בזמן ובמרחב היא קריטית ללמידה ולזכור מידע על הסביבה. יכולת זו ידועה בשם ניווט מרחבי, ומבחינה אבולוציונית היא כלי הישרדותי חיוני לאיתור מזון, מים, עמיתים חברתיים ותגמולים אחרים בסביבה 1,2. ניווט מרחבי תלוי בהיפוקמפוס, מבנה מערכת לימבית בצורת C באונה הרקתית האמצעית. ההיפוקמפוס מורכב מתת-האזורים CA1, CA2, CA3 ופיתול משונן. ההיפוקמפוס תומך בקידוד, גיבוש ושליפה של זיכרונות המסייעים להגדיר את החוויה המודעת. באופן ספציפי, ניווט מרחבי תומך בזיכרון אפיזודי, צורה של זיכרון מפורש המתייחס לזיכרון של חוויה אישית, כולל היבטים של זמן, מקום, ופרטים רלוונטיים הקשורים לחוויה (למשל, מראות, צלילים, ריחות, רגשות). כאשר אנו מנווטים מרחבית בסביבות שונות, תאי עצב הידועים כתאי מקום יורים באופן שיטתי, מה שמאפשר לנו להבין היכן אנו נמצאים הן בזמן והן במרחב. למעשה, גירוי אופטי ישיר של תאי עצב אלה הוכח כמטה את התנהגותם של מכרסמים לעבר מיקומם הפיזי (כלומר, שדות מקום)3.
הערכת ניווט מרחבי במכרסמים נחקרה באופן מסורתי באמצעות פרדיגמות התנהגותיות כגון מבוך המים מוריס, מבוך Y, מבוך T ומבוך זרועות רדיאלי 4,5. חשוב לציין, משימות התנהגותיות אלה מאפשרות חקירה in vivo של הקורלציות העצביות של ניווט מרחבי באמצעות טכניקות כגון רישומי עומק אלקטרופיזיולוגיים. עם זאת, הערכת ניווט מרחבי בבני אדם הוכחה כמאתגרת מבחינה מדעית מכיוון שרוב החקירות המדעיות מתרחשות במעבדות ולא בעולם האמיתי. מחקרים קודמים בבני אדם העריכו יכולות מרחביות עם משימות מסורתיות מבוססות נייר כגון משימות למידה של מפה דו-כיוונית, משימות סיבוב מנטלי או משימות זיכרון מרחבי 6,7. אחרים השתמשו במשימות מבוססות מחשב כגון משימת המים של מוריס וירטואלי או משימות מבוך וירטואליות אחרות, שהוכחו כמתואמות עם מדדים פסיכומטריים מסורתיים יותר של יכולת מרחבית 8,9. בנוסף, עם הנגישות של חבילות תוכנה למשחקי וידאו זמינות לציבור ובחינם, חוקרים החלו לפתח סביבות וירטואליות תלת ממדיות שניתן להציג על מסך מחשב או במציאות מדומה 10,11,12,13,14,15. ההתקדמות המדעית בדימות מוח-גוף נייד (MoBI) אפשרה גם לחוקרים להתחיל לחקור ניווט מרחבי בסביבות בעולם האמיתי 16,17,18.
חשוב לציין, למידה מרחבית וזיכרון היא יכולת קוגניטיבית שמתדרדרת עם הגיל, כאשר אנשים מבוגרים נוטים יותר לאבד את המקום שבו הם נמצאים או ללכת לאיבוד כאשר הם מנסים לחזור הביתה. גירעון זה נובע ככל הנראה מניוון עצבי המתרחש ברמת ההיפוקמפוס – אזור מוח פלסטי מאוד שהוא אחד הראשונים להידרדר עם גיל19. לכן, פיתוח שיטות בעולם האמיתי להערכת יכולות ניווט מרחבי וזיכרון אפיזודי הוא אפיק מחקר חשוב. ברמה הקלינית, משימות מסוג זה עשויות לעזור לקבוע את ההתקדמות של ירידה בזיכרון או לאבחן ליקוי קוגניטיבי קל, מחלת אלצהיימר או צורות אחרות של דמנציה. לעומת זאת, פעילות גופנית זוהתה כאחד המנגנונים הטובים ביותר לשיפור יכולות הניווט המרחבי. מחקרים במכרסמים הראו כי פעילות גופנית משפרת למידה וזיכרון במשימות מרחביות שונות, כולל מבוך המים מוריס, מבוך Y, מבוך T ומבוך זרועות רדיאלי20. שיפורים הנגרמים על ידי פעילות גופנית ביכולות מרחביות הודגמו גם בבני אדם, כאשר השפעה זו קשורה באופן מובהק לעלייה בנפח ההיפוקמפוס7. עם זאת, השפעה התנהגותית זו הודגמה באמצעות מטלת זיכרון מרחבי שבה המשתתפים התבקשו לזכור את מיקומי הנקודות על המסך – משימה שאולי אין לה תוקף אקולוגי רב לניווט מרחבי בעולם האמיתי. מחקר מועט חקר את ההשפעה של פעילות גופנית בבני אדם על משימות ניווט מרחביות המוצגות בסביבות וירטואליות.
לכן, מטלה קוגנטיבית תוכננה להעריך למידה מרחבית וזיכרון יחד עם זיכרון אפיזודי באמצעות סביבה וירטואלית. חשוב לציין, המשימה תוכננה באמצעות תוכנת משחקי וידאו מודרנית כדי לאפשר עיצובים גרפיים עדכניים ותכונות מציאותיות (למשל, עננים נעים בשמיים). משימה זו נבדקה בקבוצה של מבוגרים בריאים לפני ואחרי שהם התנסו בפעילות אירובית ארוכת טווח. התוצאות מצביעות על כך שהמשתתפים יכולים לקודד ולזכור הן מידע מרחבי והן זיכרונות אפיזודיים לגבי החוויה הווירטואלית שלהם. בנוסף, הממצאים מצביעים על כך שהביצועים במשימה זו הם פלסטיים, ומושפעים מפעילות גופנית.
באופן ספציפי, סביבה וירטואלית פותחה באמצעות מנוע משחק חוצה פלטפורמות21 שהעריך ניווט מרחבי ויכולת זיכרון אפיזודית, מיומנויות קוגנטיביות ייחודיות הנתמכות על ידי ההיפוקמפוס. המפה ששימשה לסביבה זו נגזרת מ- Miller et al. (2013)22. מנוע המשחק שנעשה בו שימוש מאפשר למפתחים להוריד נכסים כדי להוסיף תכונות ייחודיות לצורך בניית סביבות וירטואליות. נעשה שימוש בנכס23 שאפשר לנו לבנות סביבה עירונית מציאותית עם כבישים ובניינים שדרכם המשתתפים יכלו לנווט. בנוסף, נעשה שימוש בנכס24 שאיפשר מעקב אחר קואורדינטות x, y ו-z של המשתתפים וסיבוב בזמן שהם עברו בסביבה הווירטואלית. הנכס הנ”ל איפשר הקלטה של תכונות אלה על ציר זמן של אלפית השנייה (~ 33 אלפיות השנייה). הסביבה הווירטואלית הורכבה ונוהלה כמשימת ניווט מרחבית שהמשתתפים יכלו להשלים בבית במחשב נייד או שולחני. הפרוטוקול שלהלן מפרט כיצד לנהל משימת ניווט מרחבית זו ולעסוק בה.
Protocol
Representative Results
Discussion
מחקר זה בחן את יעילותה של משימת מציאות מדומה חדשה בהערכת ניווט מרחבי בבני אדם. מטלה קוגנטיבית זו, אשר נמשכת כ-10 דקות בלבד, ניתנת לשימוש כדי להעריך שני סוגים ייחודיים של קוגניציה תלוית היפוקמפוס – ניווט מרחבי ויכולת זיכרון אפיזודי. חשוב לציין כי יכולת ניווט מרחבית הייתה קשורה באופן מובהק ליכולת זיכרון אפיזודית. לבסוף, משימה זו הייתה רגישה לפרדיגמת אימון פעילות גופנית. כלומר, פעילות גופנית מוגברת הייתה קשורה לביצועים משופרים. משימה זו קיבלה השראה מעבודתם של Miller et al. (2013) שחקרו סביבות וירטואליות בחולים עם אפילפסיה עמידה לתרופות ואלקטרודות עומק בהיפוקמפוס שהונחו לצורך לוקליזציה של התקפים. הם מצאו כי במהלך שלב ההיכרות של מטלת הניווט המרחבי (כלומר, שלב הקידוד), תאים מגיבי מקום בהיפוקמפוס ובמבני האונה הרקתית האמצעית הקשורים אליהם הופעלו22. בנוסף, הם מצאו שכאשר המשתתפים עסקו ברכיב שליפה חופשית (כלומר, שלב היזכרות שלא כלל ניווט פעיל), אותם תאים מגיבי מקום שהיו פעילים במהלך הקידוד חזרו להיות פעילים. מחקרים נרחבים במכרסמים המשתמשים בסביבות פתוחות ודמויות מבוך הראו את קיומם של תאי מקום כאלה, כאשר ד”ר ג’ון אוקיף, מיי-בריט מוזר וד”ר אדוורד מוזר זכו בפרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה לשנת 2014 על תגלית זו 2,29,30,31. בנוסף, מחקרים שהשתמשו בסביבות וירטואליות בבני אדם הראו כי תאים דומים בהיפוקמפוס האנושי מקודדים למסע בזמן ובמרחב 22,32,33. למרות שהמשימה דומה לזו שהוצגה ב- Miller et al. (2013) ואחרים 22,34,35,36,37,38, היא פותחה עם מנוע המשחק חוצה הפלטפורמות והטכנולוגיות העדכניות ביותר, תוך שימוש בתכונות בעולם האמיתי כגון עננים נעים וציוני דרך ברורים בעיר ותכונות חלון ראווה. חוקרים אחרים השתמשו במשימות ניווט מרחביות אחרות בבני אדם; עם זאת, משימות אלה מוגבלות בתוקפן האקולוגי. לדוגמה, משימת מבוך הכוכבים הווירטואלית משמשת להערכת יכולות ניווט, אך מציבה את המשתתפים במבוך בצורת כוכב 39,40,41,42,43,44. יתר על כן, NavWell היא פלטפורמה נגישה המארחת ניווט מרחבי וניסויי זיכרון הדומים למבוך המים מוריס במכרסמים (הצבת המשתתפים בזירה מעגלית), ומספקת למפתחים צורות גיאומטריות בסיסיות לבניית סביבה45. בנוסף, נכסי ציוני הדרך במנועי משחק חוצי פלטפורמות זמינים לבנייה ופיתוח של משימות ניווט מרחבי הקיימות בסביבה ריבועית12. המשימה הנוכחית ייחודית בכך שהיא מספקת למשתמשים תפאורה ומשימה הדומות לעולם האמיתי – ניווט בנוף עירוני ושינון ציוני דרך ופעולות. המשימה שונה גם ממשימת Starmaze הווירטואלית וממשימת NavWell מכיוון שהיא מעריכה זיכרון אפיזודי בנוסף לניווט מרחבי.
במשימה זו, יכולת ניווט מרחבי הייתה קשורה באופן מובהק ליכולת זיכרון אפיזודי. אחרים הראו כי שתי יכולות קוגנטיביות אלה אכן נבדלות זו מזו וכי הן מסתמכות על אזורים שונים בהיפוקמפוס38,46. “תיאוריית המפה הקוגניטיבית” הפופולרית קובעת כי המוח בונה ומאחסן “מפה” של הסביבה המרחבית של הפרט, כך שניתן יהיה להשתמש בה מאוחר יותר בעתיד כדי להנחות פעולות והתנהגויות47. מחקרים הציעו כי ההיפוקמפוס מקודד מידע מרחבי ובו בזמן תומך ביצירת זיכרון אפיזודי. באופן ספציפי יותר, הוא חשב כי ההיפוקמפוס הימני מקודד זיכרון מרחבי בעוד ההיפוקמפוס השמאלי מאחסן זיכרונות אפיזודיים38. תוצאות מטלת הניווט המרחבי החדשה הנוכחית, המדגימות קשר ברור בין זיכרון מרחבי לזיכרון אפיזודי, תומכות בתיאוריית המפה הקוגניטיבית ומציעות כי מטלה זו יכולה לשמש לבחינת הקשר בין ניווט מרחבי וזיכרון אפיזודי באוכלוסיות שאינן קליניות. מחקרים עתידיים צריכים לשאוף לבחון קשר זה באוכלוסיות קליניות, כולל אלה עם הפרעות נוירודגנרטיביות כגון ליקוי קוגניטיבי קל, מחלת אלצהיימר או סוגים אחרים של דמנציה.
משימה זו הייתה רגישה לפעילות גופנית או לכמות הכוללת של מפגשי רכיבה על אופניים שבוצעו במשך תקופה של 3 חודשים. מחקרים קודמים במכרסמים הראו כי פעילות גופנית היא אחת הדרכים החזקות ביותר להגביר את הקוגניציה תלוית ההיפוקמפוס, כולל זיכרון לטווח ארוך, הפרדת דפוסים, החלפה ספונטנית, התניה הקשרית של פחד, למידת הימנעות פסיבית וזיהוי אובייקטים חדשני, כאשר השפעה זו תלויה בעלייה הנגרמת על ידי פעילות גופנית בנוירוגנזה של ההיפוקמפוס 48,49,50. בנוסף, הספרות הראתה כי פעילות גופנית ארוכת טווח משפרת את תפקוד ההיפוקמפוס בבני אדם, עם שיפורים שנצפו בהיזכרות ברשימת מילים, בזיכרון סיפורים ובזיכרון יחסי מרחבי ולא מרחבי; מאמינים כי השפעה זו מונעת על ידי עלייה הנגרמת על ידי פעילות גופנית בנפחההיפוקמפוס 7,27,51,52,53,54,55. משימת ניווט מרחבית חדשה זו משלימה את ממצאי המכרסם ומוסיפה לספרות האנושית, ומראה את חשיבותה של הפעילות הגופנית ליכולות הניווט המרחבי.
למרות שבחקירות ראשוניות, גיל היה קשור באופן שלילי עם יכולת ניווט מרחבית, השפעה זו בוטלה בעת יישום תיקון בונפרוני. הדבר מצביע על כך שיכולת הניווט המרחבי עשויה להישמר עד גיל 55. ספרות אחרת מראה כי ניווט מרחבי הוא יכולת קוגניטיבית שיורדת עם גיל 56,57,58. מחקרי דימות מוחי גילו כי ניוון עצבי הקשור לגיל באזורים כולל ההיפוקמפוס, הפיתול הפארה-היפוקמפוס, פיתול החגורה האחורי (קליפת המוח הרטרוספלניאלית), האונות הקודקודיות וקליפת המוח הקדם-מצחית עשויים להיות מעורבים בירידה קוגניטיבית כזו הקשורה לגיל58. בהתחשב בכך שטווח הגילאים היה מוגבל (25-55 שנים), על ידי הכללת טווח גילאים גדול יותר, במיוחד מבוגרים (65+), חוקרים עתידיים עשויים לראות מתאם משמעותי בין גיל ליכולת ניווט מרחבית. מחקרים עתידיים צריכים לשקול ביצוע משימת ניווט מרחבית זו בקרב מבוגרים בני 65 ומעלה ואפילו אלה עם ליקוי קוגניטיבי קל או הפרעות דמויות דמנציה אחרות.
חוליה חסרה ברורה אחת במשימות ניווט וירטואליות היא היעדר הקשר גוף-מוח. כלומר, בניווט בסביבות בעולם האמיתי, ההפעלה מתרחשת ברמת מערכת העצבים ההיקפית והמרכזית, כולל הפעלה של הפרופריוצפטורים, האקסטרוצפטורים, האינטרוצפטורים ומערכת שיווי המשקל יחד עם קליפת המוח התחושתית-מוטורית, גרעיני הבסיס והמוח הקטן. ללא קלט פיזי זה, ניווט וירטואלי עשוי להיות שונה באופן מובהק מניווט פיזי. למרות זאת, מחקרים הראו כי סביבות וירטואליות מעוררות את אותם אזורי מוח כמו ניווט בעולם האמיתי 22,32,33. הפיכת המשימה לפעילה יותר, כפי שתוכנן במשימה הנוכחית, עשויה לעזור לשכנע את המוח שהוא נע פיזית בזמן ובמרחב, ומחקה ניווט מרחבי טבעי. אחרים מצאו תימוכין להשערה זו. מחקר של Meade et al. (2019) בחן את ההבדלים בין קידוד אקטיבי ופסיבי תוך שימוש במטלת ניווט מרחבית וירטואלית דומה59. ניווט אקטיבי מתייחס ליכולת של המשתתפים לנוע בכוחות עצמם במרחב הווירטואלי (בדומה למחקר הנוכחי), בעוד שניווט פסיבי מורכב מסיור מודרך שבו המשתתפים אינם זזים אלא מוצגים במסלול הניווט. המחברים הציעו כי ניווט אקטיבי עשוי להיות מועיל יותר עבור אוכלוסיות מבוגרות בשל מעורבות של מרכיבים פיזיים (למשל, תנועה ופרופריוספציה) וקוגניטיביים (למשל, קבלת החלטות ותשומת לב), ועשוי לשמש לשיפור ביצועי הזיכרון באמצעות מעורבות ישירה בתהליך קידוד הזיכרון. הניווט הפעיל שנעשה בו שימוש במחקר הנוכחי יכול להסביר את התוצאות, ולהראות כי המשתתפים הצליחו לזכור במדויק זיכרונות אפיזודיים מחוויותיהם.
ניווט אקטיבי עשוי גם לסייע בהפעלת אזורי אינטגרציה רב-חושיים כגון קומפלקס רטרוספלניאלי (RSC)60,61,62. מחקר שנערך לאחרונה מצא כי אמבולציה בפועל במהלך משימת ניווט מרחבית של מציאות מדומה הדורשת מהמשתתפים לנסוע בין מיקומים תוך זכירת מיקום הבית ונקודות ציון הביאה לתנודות תטא RSC (כלומר, תנודות עצביות של 4-8 הרץ שנרשמו עם EEG)16. כוח תטא מוגבר זה בלט במיוחד במהלך שינויי כיוון ראש וסיבובים. במכרסמים הוכח כי פעילות תטא RSC חיונית לקידוד מרחבי המערב תאי רשת וחישוב כיוון ראש63,64. RSC נחשב גם חשוב לשימוש ברמזים מהסביבה כדי לעגן את המפה הקוגניטיבית של האדם47.
בעוד שמשימות ניווט מרחביות וירטואליות מספקות יתרונות רבים, הן מונעות מהאדם לנוע פיזית בזמן ובמרחב, וגורמות להפעלה מוגבלת של המערכת הפרופריוספטיבית, ווסטיבולרית וסנסוטורית-מוטורית. קיימת אי התאמה בין תהליכים חושיים ומוטוריים, מה שעלול לגרום לחלק מהמשתתפים לסחרחורת או בחילה. במשימה הנוכחית, זה היה מוגבל על ידי שליטה במהירות שבה המשתתפים היו מסוגלים לנוע ולהסתכל סביב הסביבה. כדי להיות מסוגל לקודד את כל ההיבטים של הסביבה, היה צורך להיות מסוגל להסתכל סביב (כלומר, לעסוק בסיבוב ראש וירטואלי); עם זאת, יכולת זו הייתה צריכה להיות איטית מספיק כדי להבטיח שהמשתתפים לא יחלו פיזית. למרות זאת, היכולת לנווט במרחב בישיבה היא יתרון בכך שהיא מאפשרת לחוקרים לחקור אנשים שחווים בעיות ניידות, עייפות פיזית או מוגבלויות אחרות המונעות מאדם להיות אמבולטורי. מגבלה נוספת היא שמשימה זו טרם נבדקה לאמינות ולתקפות, בעוד משימות אחרות נעות בכיוון זה, כולל הערכת ניווט מרחבי וירטואלי (VSNA)65. מחקר עתידי יכול לבחון פעילות עצבית קשורה באמצעות אלקטרואנצפלוגרפיה או דימות תהודה מגנטית תפקודי בזמן שהמשתתפים משלימים את משימת הניווט המרחבית הזו. המשתתפים יכולים גם להיות מצוידים במכשירים המודדים משתנים פיזיולוגיים כגון השתנות קצב הלב ופעילות אלקטרודרמלית. הדבר יאפשר בחינה של המנגנונים ההיקפיים והמרכזיים המתרחשים בעת ניווט בסביבות וירטואליות. חשוב לציין כי ניתן להשתמש במשימה זו כדי להעריך שינויים ביכולת הניווט המרחבי לאורך זמן. מחקרים עתידיים יוכלו להשתמש במשימה זו כדי לחקור כיצד הזדקנות או מצבים ניווניים של מערכת העצבים כגון אלצהיימר או מחלת פרקינסון משפיעים על הניווט המרחבי והזיכרון האפיזודי של הפרט. לעומת זאת, מטלה זו יכולה לשמש כדי לחקור כיצד התערבויות נוספות של גוף-נפש משפיעות על ניווט מרחבי וזיכרון אפיזודי, כולל ריקוד, יוגה או מדיטציה.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית המלגות של iTHRIVE, הנתמכת בחלקה על ידי המרכז הלאומי לקידום מדעי התרגום של ה- NIH (UL1TR003015 ו – KL2TR003016). ברצוננו להודות לד”ר סמואל מקנזי, מייקל אסטולפי, פגוש את פארק ואנדריי מרקס על תרומתם לתכנות מחשבים.
Materials
| Unity Real-Time Development Platform | Unity | Unity Student / Unity Personal | https://unity.com/ |
References
- Maguire, E. A., Burgess, N., O’Keefe, J. Human spatial navigation: cognitive maps, sexual dimorphism, and neural substrates. Current Opinion in Neurobiology. 9 (2), 171-177 (1999).
- Buzsáki, G., Moser, E. I. Memory, navigation and theta rhythm in the hippocampal-entorhinal system. Nature Neuroscience. 16 (2), 130-138 (2013).
- Robinson, N. T. M., et al. Targeted activation of hippocampal place cells drives memory-guided spatial behavior. Cell. 183 (7), 2041-2042 (2020).
- Fordyce, D. E., Farrar, R. P. Physical activity effects on hippocampal and parietal cortical cholinergic function and spatial learning in F344 rats. Behavioural Brain Research. 43 (2), 115-123 (1991).
- van Praag, H. Neurogenesis and exercise: past and future directions. Neuromolecular Medicine. 10 (2), 128-140 (2008).
- Heo, S., et al. Resting hippocampal blood flow, spatial memory and aging. Brain Research. 1315, 119-127 (2010).
- Erickson, K. I., et al. Exercise training increases size of hippocampus and improves memory. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (7), 3017-3022 (2011).
- Dobbels, B., et al. The virtual Morris water task in 64 patients with bilateral vestibulopathy and the impact of hearing status. Frontiers in Neurology. 11, 710 (2020).
- Moffat, S. D., Hampson, E., Hatzipantelis, M. Navigation in a "Virtual" maze: Sex Differences and correlation with psychometric measures of spatial ability in humans. Evolution and Human Behavior. 19 (2), 73-87 (1998).
- Ijaz, K., Ahmadpour, N., Naismith, S. L., Calvo, R. A. An immersive virtual reality platform for assessing spatial navigation memory in predementia screening: Feasibility and usability study. JMIR Mental Health. 6 (9), 13887 (2019).
- Sakhare, A. R., Yang, V., Stradford, J., Tsang, I., Ravichandran, R., Pa, J. Cycling and spatial navigation in an enriched, immersive 3d virtual park environment: A feasibility study in younger and older adults. Frontiers in Aging Neuroscience. 11, 218 (2019).
- Starrett, M. J., et al. Landmarks: A solution for spatial navigation and memory experiments in virtual reality. Behavior Research Methods. 53 (3), 1046-1059 (2021).
- Diersch, N., Wolbers, T. The potential of virtual reality for spatial navigation research across the adult lifespan. The Journal of Experimental Biology. 222, 187252 (2019).
- Kuhrt, D., St John, N. R., Bellmund, J. L. S., Kaplan, R., Doeller, C. F. An immersive first-person navigation task for abstract knowledge acquisition). Scientific Reports. 11 (1), 5612 (2021).
- Castelli, L., Latini Corazzini, L., Geminiani, G. C. Spatial navigation in large-scale virtual environments: Gender differences in survey tasks. Computers in Human Behavior. 24 (4), 1643-1667 (2008).
- Do, T. -. T. N., Lin, C. -. T., Gramann, K. Human brain dynamics in active spatial navigation. Scientific Reports. 11 (1), 13036 (2021).
- Jungnickel, E., Gramann, K. Mobile brain/body imaging (MoBI) of physical interaction with dynamically moving objects. Frontiers in Human Neuroscience. 10, 306 (2016).
- Park, J. L., Dudchenko, P. A., Donaldson, D. I. Navigation in real-world environments: New opportunities afforded by advances in mobile brain imaging. Frontiers in Human Neuroscience. 12, 361 (2018).
- Bettio, L. E. B., Rajendran, L., Gil-Mohapel, J. The effects of aging in the hippocampus and cognitive decline. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 79, 66-86 (2017).
- Wang, Z., van Praag, H., Boecker, H., Hillman, C., Scheef, L., Struder, H. Exercise and the Brain: Neurogenesis, Synaptic Plasticity, Spine Density, and Angiogenesis. Functional Neuroimaging in Exercise and Sport Sciences. , (2012).
- . Unity Real-Time Development Platform. Unity Available from: https://unity.com/ (2023)
- Miller, J. F., et al. Neural activity in human hippocampal formation reveals the spatial context of retrieved memories. Science. 342 (6162), 1111-1114 (2013).
- Urban construction pack. Unity asset store. At Available from: https://assetstore.unity.com/packages/3d/environments/urban-construction-pack-8081#reviews (2018)
- . Object Motion Tracker. Unity Available from: https://forum.unity.com/threads/object-motion-traker-engine-trails-time-travel-game-mechanics-and-more.241544/ (2014)
- Makoto’s preprocessing pipeline. EEGLAB Available from: https://sccn.ucsd.edu/wiki/Makotos_preprocessing_pipeline (2023)
- Faul, F., Erdfelder, E., Buchner, A., Lang, A. -. G. Statistical power analyses using G*Power 3.1: tests for correlation and regression analyses. Behavior Research Methods. 41 (4), 1149-1160 (2009).
- Basso, J. C., et al. Examining the effect of increased aerobic exercise in moderately fit adults on psychological state and cognitive function. Frontiers in Human Neuroscience. 16, 833149 (2022).
- Keefe, J. O., Nadel, L. . The Hippocampus as a Cognitive Map. , (1978).
- Eichenbaum, H. The Hippocampus as a Cognitive Map . . . of Social Space. Neuron. 87 (1), 9-11 (2015).
- Moser, E. I., Kropff, E., Moser, M. -. B. Place cells, grid cells, and the brain’s spatial representation system. Annual Review of Neuroscience. 31, 69-89 (2008).
- Ekstrom, A. D., et al. Cellular networks underlying human spatial navigation. Nature. 425 (6954), 184-188 (2003).
- Jacobs, J., Kahana, M. J., Ekstrom, A. D., Mollison, M. V., Fried, I. A sense of direction in human entorhinal cortex. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (14), 6487-6492 (2010).
- Spiers, H. J., Burgess, N., Hartley, T., Vargha-Khadem, F., O’Keefe, J. Bilateral hippocampal pathology impairs topographical and episodic memory but not visual pattern matching. Hippocampus. 11 (6), 715-725 (2001).
- Spiers, H. J., et al. Unilateral temporal lobectomy patients show lateralized topographical and episodic memory deficits in a virtual town. Brain. 124, 2476-2489 (2001).
- Maguire, E. A., Burgess, N., Donnett, J. G., Frackowiak, R. S., Frith, C. D., O’Keefe, J. Knowing where and getting there: a human navigation network). Science. 280 (5365), 921-924 (1998).
- King, J. A., Burgess, N., Hartley, T., Vargha-Khadem, F., O’Keefe, J. Human hippocampus and viewpoint dependence in spatial memory. Hippocampus. 12 (6), 811-820 (2002).
- Burgess, N., Maguire, E. A., O’Keefe, J. The human hippocampus and spatial and episodic memory. Neuron. 35 (4), 625-641 (2002).
- Laidi, C., et al. Preserved navigation abilities and spatio-temporal memory in individuals with autism spectrum disorder. Autism Research. 16 (2), 280-293 (2023).
- Iglói, K., Zaoui, M., Berthoz, A., Rondi-Reig, L. Sequential egocentric strategy is acquired as early as allocentric strategy: Parallel acquisition of these two navigation strategies. Hippocampus. 19 (12), 1199-1211 (2009).
- Bullens, J., Iglói, K., Berthoz, A., Postma, A., Rondi-Reig, L. Developmental time course of the acquisition of sequential egocentric and allocentric navigation strategies. Journal of Experimental Child Psychology. 107 (3), 337-350 (2010).
- Bellassen, V., Iglói, K., de Souza, L. C., Dubois, B., Rondi-Reig, L. Temporal order memory assessed during spatiotemporal navigation as a behavioral cognitive marker for differential Alzheimer’s disease diagnosis. The Journal of Neuroscience. 32 (6), 1942-1952 (2012).
- Iglói, K., et al. Interaction between hippocampus and cerebellum crus I in sequence-based but not place-based navigation. Cerebral Cortex. 25 (11), 4146-4154 (2015).
- Iglói, K., Doeller, C. F., Berthoz, A., Rondi-Reig, L., Burgess, N. Lateralized human hippocampal activity predicts navigation based on sequence or place memory. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (32), 14466-14471 (2010).
- Commins, S., et al. NavWell: A simplified virtual-reality platform for spatial navigation and memory experiments. Behavior Research Methods. 52 (3), 1189-1207 (2020).
- Fan, C. L., Abdi, H., Levine, B. On the relationship between trait autobiographical episodic memory and spatial navigation. Memory & Cognition. 49 (2), 265-275 (2021).
- Epstein, R. A., Patai, E. Z., Julian, J. B., Spiers, H. J. The cognitive map in humans: spatial navigation and beyond. Nature Neuroscience. 20 (11), 1504-1513 (2017).
- van Praag, H., Kempermann, G., Gage, F. H. Running increases cell proliferation and neurogenesis in the adult mouse dentate gyrus. Nature Neuroscience. 2 (3), 266-270 (1999).
- van Praag, H., Christie, B. R., Sejnowski, T. J., Gage, F. H. Running enhances neurogenesis, learning, and long-term potentiation in mice. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (23), 13427-13431 (1999).
- Voss, M. W., Soto, C., Yoo, S., Sodoma, M., Vivar, C., van Praag, H. Exercise and hippocampal memory systems. Trends in Cognitive Sciences. 23 (4), 318-333 (2019).
- Jennen, L., Mazereel, V., Lecei, A., Samaey, C., Vancampfort, D., van Winkel, R. Exercise to spot the differences: a framework for the effect of exercise on hippocampal pattern separation in humans. Reviews in the Neurosciences. 33 (5), 555-582 (2022).
- Griffin, &. #. 2. 0. 1. ;. W., Mullally, S., Foley, C., Warmington, S. A., O’Mara, S. M., Kelly, A. M. Aerobic exercise improves hippocampal function and increases BDNF in the serum of young adult males. Physiology & Behavior. 104 (5), 934-941 (2011).
- Firth, J., et al. Effect of aerobic exercise on hippocampal volume in humans: A systematic review and meta-analysis. NeuroImage. 166, 230-238 (2018).
- Voss, M. W., Vivar, C., Kramer, A. F., van Praag, H. Bridging animal and human models of exercise-induced brain plasticity. Trends in Cognitive Sciences. 17 (10), 525-544 (2013).
- Pereira, A. C., et al. An in vivo correlate of exercise-induced neurogenesis in the adult dentate gyrus. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (13), 5638-5643 (2007).
- vander Ham, I. J. M., Claessen, M. H. G. How age relates to spatial navigation performance: Functional and methodological considerations. Ageing Research Reviews. 58, 101020 (2020).
- Zhong, J. Y., Moffat, S. D. Extrahippocampal contributions to age-related changes in spatial navigation ability. Frontiers in Human Neuroscience. 12, 272 (2018).
- Moffat, S. D. Aging and spatial navigation: what do we know and where do we go. Neuropsychology Review. 19 (4), 478-489 (2009).
- Meade, M. E., Meade, J. G., Sauzeon, H., Fernandes, M. A. Active navigation in virtual environments benefits spatial memory in older adults. Brain Sciences. 9 (3), 47 (2019).
- Powell, A., et al. Stable encoding of visual cues in the mouse retrosplenial cortex. Cerebral Cortex. 30 (8), 4424-4437 (2020).
- Fischer, L. F., Mojica Soto-Albors, R., Buck, F., Harnett, M. T. Representation of visual landmarks in retrosplenial cortex. eLife. 9, 51458 (2020).
- Stacho, M., Manahan-Vaughan, D. Mechanistic flexibility of the retrosplenial cortex enables its contribution to spatial cognition. Trends in Neurosciences. 45 (4), 284-296 (2022).
- Yoder, R. M., Clark, B. J., Taube, J. S. Origins of landmark encoding in the brain. Trends in Neurosciences. 34 (11), 561-571 (2011).
- Lozano, Y. R., Page, H., Jacob, P. -. Y., Lomi, E., Street, J., Jeffery, K. Retrosplenial and postsubicular head direction cells compared during visual landmark discrimination. Brain and Neuroscience Advances. 1, 2398212817721859 (2017).
- Ventura, M., Shute, V., Wright, T., Zhao, W. An investigation of the validity of the virtual spatial navigation assessment. Frontiers in Psychology. 4, 852 (2013).
