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神经元可以改变人们处理运动信息的方式

导读我们的大脑使用各种参考系统(也称为坐标系)来表示场景中物体的运动。有些坐标系比其他坐标系更有用。例如,为了表示地球上的位置,我们可以...

我们的大脑使用各种参考系统(也称为坐标系)来表示场景中物体的运动。

有些坐标系比其他坐标系更有用。例如,为了表示地球上的位置,我们可以使用以地球为中心的坐标系,如纬度和经度。在这样一个以地球为中心的坐标系中,位置(比如你的家)随时间是不变的。但是,也可以使用以太阳为中心的坐标系来表示住宅相对于太阳的位置。这样的系统对于试图找出你住在哪里的人来说显然是无用的,因为随着地球相对于太阳的旋转,以太阳为中心的坐标中的地址会不断变化。

人脑也面临着同样的问题,那就是在合适的坐标系中表达信息,并在坐标系之间传递,以指导你的行动。部分原因是感觉信息是在不同的参考系中编码的:视觉信息最初是相对于眼心坐标编码的,听觉信息最初是相对于头心坐标编码的,等等。为了将这些感官信号结合起来,使一个人能够感知整个场景,必须在大脑中进行一系列有趣的计算。

然而,当你在环境中移动时,神经元如何在不同的参考系中表示物体?

在《自然神经科学》杂志上发表的一篇论文中,罗切斯特大学的研究人员,包括大脑和认知科学教授格雷格迪恩格利斯,研究了当观察者也在运动时,大脑中的神经元如何代表物体的运动。

具体来说,研究人员研究了观察者如何判断物体相对于观察者头部或相对于世界的运动。

他们的发现——特定大脑区域的神经元在参考系之间切换时更加灵活——提供了关于大脑内部运作的重要信息,并可能用于神经修复和脑部疾病的治疗。

神经元是固定的还是灵活的?

想象你正在踢足球。如果你在跑步,想让球向前移动,你需要计算球相对于头部的轨迹,这样头部就能接触到球。因此,以头部为中心的坐标系将非常有用。或者,如果你正在跑步,看着队友把球踢向球门,你需要计算球相对于球门的轨迹,以确定队友是否得分。由于目标相对于世界是固定的,它将需要一个以世界为中心的坐标系。

迪恩格利斯说:“根据执行的任务,大脑需要在不同的坐标系中表示物体的运动才能成功。”“最大的问题是:大脑是如何做到这一点的?”

研究人员希望确定大脑是否必须在具有不同固定参考帧的不同神经元之间切换——例如,在以头部为中心的神经元和以世界为中心的神经元之间切换——或者神经元是否灵活,并根据代表物体运动的任务的瞬时要求更新其参考以确定帧。

研究人员训练受试者以头部坐标为中心或以世界为中心判断物体的运动,并根据提示在实验间切换。

研究人员记录了大脑两个不同区域的神经元发出的信号,发现大脑腹侧顶叶(VIP)区域的神经元具有非凡的特征:它们对物体运动的反应会根据任务而变化。

即神经元没有固定的参照系,而是灵活地适应任务的要求,相应地改变自己的参照系。

当要求受试者报告物体相对于其头部的运动时,VIP中的神经元会以头部为中心的坐标来表示物体的运动。当受试者被要求报告物体相对于世界的运动时,他们用世界中心的坐标来表达物体的运动。

因为神经元有如此灵活的反应,这意味着大脑可以大大简化传递指导行动所需信息的过程。

迪恩格里斯说:“这是第一项研究,它表明神经元可以根据给受试者的指令,在不同的坐标系中灵活地表达空间信息,如物体运动。”“这意味着大脑可以解码或“读取”来自这个单个神经元组的信息,并可以获得任何任务情况所需的信息。”

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