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增强现实中的老鼠帮助显示大脑如何确定位置

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-03-30浏览次数:1863

在GPS时代之前,人类不得不自我定位而屏幕箭头指向精确的街道,而是记住地标并使用时间,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,小鼠重新校准这些学到的关系的能力在不断变化。

该研究结果将于2月11日发表在“自然”杂志上,可以深入了解大脑如何在脑海中创造地图。

“海马和大脑的邻近区域帮助我们弄清楚我们在世界上的位置,”该研究的主要作者之一约翰霍普金斯Zanvyl Krieger心灵/脑研究所的博士后助理Manu Madhav说。 “通过研究这些区域中神经元的发射模式,我们可以更好地理解我们如何绘制位置。”

大脑接收两种有助于这种映射的线索;第一个是外部地标,例如街道尽头的粉红色房屋或人们记得标记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世界,就像有一个内部速度计或步数计数器一样,”该论文的第一作者和博士的Ravi Jayakumar说。约翰斯霍普金斯大学机械工程系候选人。 “通过计算一段时间内的距离,取决于你的速度或累积你的步数,你的大脑可以估计你走了多远,即使你没有具有里程碑意义的依赖。”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的,还是你最近的世界经历所塑造的?为了研究这个问题,研究小组研究了在圆形轨道上运行多次转弯的老鼠。它们将各种形状投射到像轨道上的天文馆这样的圆顶上,并将形状移动到与鼠标相同的方向或相反的方向。在计算机游戏中,地标的速度取决于动物在每个时刻的运行速度,创建一个增强现实环境,其中鼠标认为他的运行速度比实际更慢或更快。

在这些实验中,研究小组在熟悉环境中访问特定区域时研究了大鼠的“放置细胞”或海马神经元。当鼠标认为它跑了一圈然后返回到同一位置时,一个位置的细胞将再次射击。通过观察这些神经元的发射模式,研究人员确定了大鼠认为它在世界范围内运作的速度有多快。

当研究人员停止投射形状时,只让他们的自动运动技巧(例如,他们的内部速度计)引导它们,局部细胞发射显示大鼠继续认为它们比它们跑得更快(或更慢)。事实上。研究人员表示,在增强现实环境中旋转地标的经验已经引起了动物对每一步移动速度和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调整自我运动的暗示;例如,动物的腿长大后会长得更长,影响了它们可以测量的步数,“Madhav说。 “然而,我们的实验室表明,即使在成年期,重新校准也是按分钟进行的。我们不断更新模型,以了解我们在世界各地的物理运动如何在我们的内心地图中更新我们的想法。位置“。

这项研究的结果为记忆如何建立时间和空间提供了额外的证据。 “我们知道,人体内的海马体不仅涉及空间映射,还涉及我们日常生活的有意识记忆,”约翰霍普金斯大学的神经科学家詹姆斯克尼尔姆说,他是机械工程师诺亚领导的。考恩也是一名大学生。由于空间定向障碍和记忆丧失是早期阶段破坏海马神经元的阿尔茨海默病的首要症状之一,这些发现可能导致进一步的研究工作,以了解阿尔茨海默病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,”考恩补充道。

展望未来,该团队希望使用相同的增强现实设备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地图。