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对老鼠穿越迷宫的研究为决策和想象的神经生物学提供了新的见解

导读生存通常取决于动物的决策能力,这取决于想象一个替代的未来:如果我被饥饿的食肉动物追赶,我会向左弯腰安全回家还是带回来让食肉动物离开

生存通常取决于动物的决策能力,这取决于想象一个替代的未来:如果我被饥饿的食肉动物追赶,我会向左弯腰安全回家还是带回来让食肉动物离开我的家人?当两条小路在黄色的树林中分开时,会不会导致我吃早餐,会不会导致我变成早餐?他们看起来几乎一样,但想象力让一切都不一样。

在对老鼠的简单迷宫导航的研究中,旧金山加州大学的神经科学家发现了大脑是如何产生这种想象中的未来场景的。研究人员表示,这项工作不仅为理解大脑如何决策提供了新的基础,也为想象力如何更广泛地发挥作用提供了新的基础。

“大脑最惊人的能力是想象事物是否就在眼前,”生理学教授、霍华德休斯医学研究所研究员罗兰弗兰克博士说,他是UCSF中心基础神经科学研究所的成员、加州大学旧金山分校的联合主任、旧金山加州大学威尔神经科学研究所的成员。“想象是决策的基础,但到目前为止,神经科学还没有很好地解释大脑如何实时生成想象中的未来,为各种日常决策提供信息——同时跟踪现实。”

在2020年1月30日发表在《细胞》杂志上的一项新研究中,弗兰克的团队让老鼠探索一个M型迷宫,并记录了海马体中被称为“定位细胞”的神经元的放电,这种神经元传统上被认为是跟踪动物的位置——就像神经GPS系统一样。然而,当老鼠接近迷宫中的岔口时,研究人员发现,它们的位置细胞活动开始以每秒8次的速度非常快速地来回切换,这代表了动物的当前位置和它对未来路径的两种选择,仿佛在说:“我在这里——向左走?-我在这里。-往右走?”

该团队还将这一发现扩展到另一种想象。除了位置,位置已知的细胞还可以追踪动物的方向。研究团队发现,代表相反行进方向的位置单位也可以非常快速地来回切换,仿佛在说“我想走这条路,但也可以掉头走另一条路。”

哥伦比亚大学博士后研究员肯尼斯凯博士说:“细胞在当前路径和可能路径之间的快速切换是显而易见的,因为它是如此有规律。”“看到速度和一致性正是任何数量的真实环境(无论是动物还是人类)所需要的,这令人兴奋。”

凯和他的同事发现,位置细胞在现在和可能的未来之间的振荡似乎并不能直接控制老鼠决定选择哪条路,但随着老鼠接近决策点,这种振荡变得更加强大。这向研究人员表明,海马体在决策中的作用可能是为大脑的其他部分生成场景的“菜单”,它可以将这些选择与它们的价值或潜在危险的过去经历联系起来,然后做出选择。根据动物当前的活动——饥饿或口渴、恐惧或大胆,做出适当的决定。

弗兰克说:“我们认为这表明海马体不仅负责记录过去和处理现在,还负责想象未来。”“这项研究只是第一步,但它为我们研究动物如何做出决策和评估大脑中想象的场景开辟了一条新的途径。”

研究表明,海马是一种新的想象概念。

海马体是大脑中颞叶两侧的海马状结构,是大脑研究最深入的部位之一。

受损的海马体——无论是由于脑损伤还是阿尔茨海默病等疾病,人们都被剥夺了形成新记忆的能力,导致20世纪的科学家将海马体描述为大脑的记忆中心。20世纪70年代,科学家发现了海马细胞。当动物探索它们时,它们会自发地创建新环境的地图,然后储存起来供以后使用。这一发现获得了2014年的诺贝尔生理学或医学奖,促使科学家们意识到海马体也是一个导航中心——例如,它负责让动物找到它们记得吃饭的地方。去年夏天的美味黑莓。

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