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增强现实中的老鼠帮助显示大脑如何确定位置

来源:http://www.rdpmo.com 作者:永利网址 时间:2020-04-22 09:36

在GPS时代之前,人类必须在没有屏幕箭头指向精确街道的情况下自我定位,而是通过记忆地标并使用时间,速度和距离之间的学习关系。例如,他们必须知道,10分钟的快走可能相当于半英里的行程。

约翰斯·霍普金斯大学的一项新研究发现,老鼠重新校准这些学到的关系的能力是不断变化的。

该研究结果将于2月11日在“自然”杂志上发表,它提供了大脑如何在头脑中创建地图的见解。

永利官网,“大脑中的海马体和邻近区域帮助我们弄清楚我们在世界上的位置,”约翰霍普金斯Zanvyl Krieger心灵/脑研究所的博士后助理Manu Madhav说道,该研究的主要作者之一。“通过研究这些区域神经元的射击模式,我们可以更好地了解我们如何绘制位置。”

大脑接收两种类型的线索,有助于这种映射;第一个是外部地标,如街道尽头的粉红色房屋或人们记得标记某个位置或距离的变色地砖。

“第二种类型的提示是从一个人的自我运动到全世界,就像有一个内部速度计或步进计数器,”该论文的主要作者和博士的Ravi Jayakumar说。约翰霍普金斯大学机械工程系的候选人。“通过计算一段时间内的距离,根据你的速度或通过累加你的步数,你的大脑可以估计你已经走了多远,即使你没有地标依赖。”此过程称为路径集成。

但如果你走了10分钟,你估计你旅行的距离总是一样,还是你最近的世界经验所塑造的?为了研究这个问题,研究小组研究了在环形轨道上运行圈数的老鼠。他们将各种形状投射到轨道上的类似天文馆的圆顶上,并将形状移动到与老鼠相同的方向或相反的方向。在计算机游戏中,具有里程碑意义的速度取决于动物在每个时刻的运行速度,创造了一个增强现实环境,在这种情况下,老鼠认为自己跑得比实际更慢或更快。

在这些实验中,研究小组研究了当动物在熟悉的环境中访问特定区域时大鼠的“放置细胞”或海马神经元。当老鼠认为它跑了一圈然后又回到同一个位置时,一个位置细胞会再次射击。通过观察这些神经元的射击模式,研究人员确定了大鼠认为它在世界范围内运行的速度有多快。

当研究人员停止投射形状时,只让他们的自我运动提示(例如,他们的内部速度计)引导他们,地方细胞发射显示大鼠继续认为他们跑得比他们跑得更快(或更慢)他们实际上是。研究人员说,在增强现实环境中旋转地标的经验引起了动物对每一步移动速度和移动速度的感知的长期变化。

“人们一直都知道,动物在发育过程中必须重新校准自我运动的暗示;例如,动物的腿在长大时会变长,这会影响他们的步数可以测量它们的程度,”Madhav说。“然而,我们的实验室表明,即使在成年期,也会在每分钟的基础上进行重新校准。我们不断更新模型,了解我们在世界各地的物理运动如何在我们脑海中的内部地图中更新我们的位置。”

该研究的发现为如何形成内在于时间和空间的记忆提供了额外的证据。“我们知道人体中的海马不仅涉及空间映射,而且对于形成我们日常生活经历的有意识记忆也至关重要,”约翰霍普金斯大学的神经科学家James Knierim说道,他与机械工程师Noah一起领导了这项研究。考恩,也是大学的。由于空间定向障碍和记忆丧失是阿尔茨海默病的最初症状之一

  • 它在早期阶段破坏了海马神经元 - 这些研究结果可以进一步研究努力,以了解阿尔茨海默氏症和其他神经退行性疾病的原因和潜在的治疗方法。

“作为一名工程师,我发现特别令人兴奋的是,我们的跨学科方法可用于理解大脑中一些最复杂的认知处理系统,”Cowan补充道。

展望未来,研究小组希望使用相同的增强现实实验装置来研究大脑的其他区域如何协调他们与海马体的活动,以形成一个连贯的世界内部地图。

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