對老鼠穿越迷宮的研究為決策和想象的神經(jīng)生物學提供了新的見解

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？當兩條小路在黃色的樹林中分開時，會不會導致我吃早餐，會不會導致我變成早餐？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航的研究中，舊金山加州大學的神經(jīng)科學家發(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，這項工作不僅為理解大腦如何決策提供了新的基礎，也為想象力如何更廣泛地發(fā)揮作用提供了新的基礎。

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

在2020年1月30日發(fā)表在《細胞》雜志上的一項新研究中，弗蘭克的團隊讓老鼠探索一個M型迷宮，并記錄了海馬體中被稱為“定位細胞”的神經(jīng)元的放電，這種神經(jīng)元傳統(tǒng)上被認為是跟蹤動物的位置——就像神經(jīng)GPS系統(tǒng)一樣。然而，當老鼠接近迷宮中的岔口時，研究人員發(fā)現(xiàn)，它們的位置細胞活動開始以每秒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？”

該團隊還將這一發(fā)現(xiàn)擴展到另一種想象。除了位置，位置已知的細胞還可以追蹤動物的方向。研究團隊發(fā)現(xiàn)，代表相反行進方向的位置單位也可以非?？焖俚貋砘厍袚Q，仿佛在說“我想走這條路，但也可以掉頭走另一條路。”

哥倫比亞大學博士后研究員肯尼斯凱博士說：“細胞在當前路徑和可能路徑之間的快速切換是顯而易見的，因為它是如此有規(guī)律?！薄翱吹剿俣群鸵恢滦哉侨魏螖?shù)量的真實環(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，這種振蕩變得更加強大。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值或潛在危險的過去經(jīng)歷聯(lián)系起來，然后做出選擇。根據(jù)動物當前的活動——饑餓或口渴、恐懼或大膽，做出適當?shù)臎Q定。

弗蘭克說：“我們認為這表明海馬體不僅負責記錄過去和處理現(xiàn)在，還負責想象未來?！薄斑@項研究只是第一步，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的海馬狀結構，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，導致20世紀的科學家將海馬體描述為大腦的記憶中心。20世紀70年代，科學家發(fā)現(xiàn)了海馬細胞。當動物探索它們時，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年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，促使科學家們意識到海馬體也是一個導航中心——例如，它負責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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