對老鼠穿越迷宮的研究為決策和想象的神經(jīng)生物學(xué)提供了新的見解

生存通常取決于動物的決策能力，這取決于想象一個(gè)替代的未來：如果我被饑餓的食肉動物追趕，我會向左彎腰安全回家還是帶回來讓食肉動物離開我的家人？當(dāng)兩條小路在黃色的樹林中分開時(shí)，會不會導(dǎo)致我吃早餐，會不會導(dǎo)致我變成早餐？他們看起來幾乎一樣，但想象力讓一切都不一樣。

在對老鼠的簡單迷宮導(dǎo)航的研究中，舊金山加州大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了大腦是如何產(chǎn)生這種想象中的未來場景的。研究人員表示，這項(xiàng)工作不僅為理解大腦如何決策提供了新的基礎(chǔ)，也為想象力如何更廣泛地發(fā)揮作用提供了新的基礎(chǔ)。

“大腦最驚人的能力是想象事物是否就在眼前，”生理學(xué)教授、霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員羅蘭弗蘭克博士說，他是UCSF中心基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)研究所的成員、加州大學(xué)舊金山分校的聯(lián)合主任、舊金山加州大學(xué)威爾神經(jīng)科學(xué)研究所的成員?！跋胂笫菦Q策的基礎(chǔ)，但到目前為止，神經(jīng)科學(xué)還沒有很好地解釋大腦如何實(shí)時(shí)生成想象中的未來，為各種日常決策提供信息——同時(shí)跟蹤現(xiàn)實(shí)?！?

在2020年1月30日發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上的一項(xiàng)新研究中，弗蘭克的團(tuán)隊(duì)讓老鼠探索一個(gè)M型迷宮，并記錄了海馬體中被稱為“定位細(xì)胞”的神經(jīng)元的放電，這種神經(jīng)元傳統(tǒng)上被認(rèn)為是跟蹤動物的位置——就像神經(jīng)GPS系統(tǒng)一樣。然而，當(dāng)老鼠接近迷宮中的岔口時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，它們的位置細(xì)胞活動開始以每秒8次的速度非?？焖俚貋砘厍袚Q，這代表了動物的當(dāng)前位置和它對未來路徑的兩種選擇，仿佛在說：“我在這里——向左走？-我在這里。-往右走？”

該團(tuán)隊(duì)還將這一發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展到另一種想象。除了位置，位置已知的細(xì)胞還可以追蹤動物的方向。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，代表相反行進(jìn)方向的位置單位也可以非常快速地來回切換，仿佛在說“我想走這條路，但也可以掉頭走另一條路?！?

哥倫比亞大學(xué)博士后研究員肯尼斯凱博士說：“細(xì)胞在當(dāng)前路徑和可能路徑之間的快速切換是顯而易見的，因?yàn)樗侨绱擞幸?guī)律?！薄翱吹剿俣群鸵恢滦哉侨魏螖?shù)量的真實(shí)環(huán)境(無論是動物還是人類)所需要的，這令人興奮?！?

凱和他的同事發(fā)現(xiàn)，位置細(xì)胞在現(xiàn)在和可能的未來之間的振蕩似乎并不能直接控制老鼠決定選擇哪條路，但隨著老鼠接近決策點(diǎn)，這種振蕩變得更加強(qiáng)大。這向研究人員表明，海馬體在決策中的作用可能是為大腦的其他部分生成場景的“菜單”，它可以將這些選擇與它們的價(jià)值或潛在危險(xiǎn)的過去經(jīng)歷聯(lián)系起來，然后做出選擇。根據(jù)動物當(dāng)前的活動——饑餓或口渴、恐懼或大膽，做出適當(dāng)?shù)臎Q定。

弗蘭克說：“我們認(rèn)為這表明海馬體不僅負(fù)責(zé)記錄過去和處理現(xiàn)在，還負(fù)責(zé)想象未來?！薄斑@項(xiàng)研究只是第一步，但它為我們研究動物如何做出決策和評估大腦中想象的場景開辟了一條新的途徑?！?

研究表明，海馬是一種新的想象概念。

海馬體是大腦中顳葉兩側(cè)的海馬狀結(jié)構(gòu)，是大腦研究最深入的部位之一。

受損的海馬體——無論是由于腦損傷還是阿爾茨海默病等疾病，人們都被剝奪了形成新記憶的能力，導(dǎo)致20世紀(jì)的科學(xué)家將海馬體描述為大腦的記憶中心。20世紀(jì)70年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了海馬細(xì)胞。當(dāng)動物探索它們時(shí)，它們會自發(fā)地創(chuàng)建新環(huán)境的地圖，然后儲存起來供以后使用。這一發(fā)現(xiàn)獲得了2014年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎，促使科學(xué)家們意識到海馬體也是一個(gè)導(dǎo)航中心——例如，它負(fù)責(zé)讓動物找到它們記得吃飯的地方。去年夏天的美味黑莓。

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