大腦回路如何在不同行為之間切換

即使在日常散步這樣的日常任務(wù)中，我們的大腦有時(shí)也需要換檔，從在城市中導(dǎo)航切換到跳過自行車或過馬路與朋友打招呼。這些開關(guān)帶來了挑戰(zhàn)：大腦的電路如何處理這種動(dòng)態(tài)和突然的行為變化?今天發(fā)表在《自然》雜志上的魏茨曼科學(xué)研究所關(guān)于蝙蝠的研究提出了一個(gè)不符合關(guān)于大腦功能的經(jīng)典思維的答案。

“大多數(shù)大腦研究項(xiàng)目一次只關(guān)注一種行為，因此對大腦處理動(dòng)態(tài)變化的行為需求的方式知之甚少，”魏茨曼腦科學(xué)系的 Nachum Ulanovsky 教授說。在這項(xiàng)新研究中，他和他的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，模擬現(xiàn)實(shí)生活中的情況，動(dòng)物或人類迅速從一種行為轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N行為——例如，從導(dǎo)航到避免捕食者或車禍。研究生 Ayelet Sarel 博士、Shaked Palgi 和 Dan Blum 與博士后研究員 Johnatan Aljadeff 博士合作領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。該研究由 Ulanovsky 和副研究員 Liora Las 博士共同監(jiān)督。

研究人員使用微型無線記錄設(shè)備監(jiān)測成對蝙蝠大腦中的神經(jīng)元，它們必須避免相互碰撞，同時(shí)沿著一條 135 米長的隧道以每秒 7 米的高速飛行。這相當(dāng)于每秒 14 米或每小時(shí)約 50 公里的相對速度——即蝙蝠之間的距離接近的速度，或兩個(gè)蝙蝠速度的總和。

為了檢查在這些情況下蝙蝠是否改變了他們的行為模式，變得更加專心，研究人員利用了蝙蝠使用聲納或回聲定位來感知環(huán)境的獨(dú)特能力。事實(shí)上，當(dāng)發(fā)現(xiàn)另一只動(dòng)物快速飛向它們時(shí)，蝙蝠會(huì)迅速提高回聲定位點(diǎn)擊率，這意味著注意力水平提高了。隨著他們注意力的增加，蝙蝠海馬體中的神經(jīng)回路發(fā)生了快速變化，海馬體是負(fù)責(zé)導(dǎo)航的主要大腦區(qū)域，以及其他功能?？茖W(xué)家們通過記錄該區(qū)域單個(gè)神經(jīng)元(稱為位置細(xì)胞)的電信號發(fā)現(xiàn)了這種轉(zhuǎn)變。

當(dāng)蝙蝠單獨(dú)飛行時(shí)，它們的位置細(xì)胞編碼了它們在太空中的位置，但一旦動(dòng)物發(fā)現(xiàn)另一只快速接近的蝙蝠，海馬體中超過一半的神經(jīng)元(約 55%)就會(huì)切換模式?？茖W(xué)家們可以判斷出神經(jīng)開關(guān)已經(jīng)發(fā)生，因?yàn)樯窠?jīng)元的放電模式發(fā)生了變化，這表明它們現(xiàn)在不僅編碼了蝙蝠自己的絕對位置，而且還編碼了一個(gè)相對測量值：與另一只蝙蝠的距離。動(dòng)物的注意力越高，神經(jīng)開關(guān)就越明顯。令科學(xué)家們驚訝的是，這種轉(zhuǎn)變發(fā)生得非常迅速，大約在 100 毫秒或十分之一秒內(nèi)。快速接近的蝙蝠是常規(guī)的、熟悉的伙伴還是僅僅是“熟人”對神經(jīng)編碼沒有影響，

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