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(英语).



贾斯汀·梅兹

我们的大脑绘制出地形图。 但他把它们放哪了? 什么时候更新? 我们如何在明确指示“走出二十步而走出左路”与“记住,我以前曾在这里, 泉达 Magazine讲述了大脑中导航系统的发现,为此研究人员于2014年获得了诺贝尔生理学或医学奖.

Google Maps是一个强大的在线绘图工具,它的成功归功于两个主要组成部分:一个决定地球物体位置的GPS系统,以及一个包含有关你家或最喜爱的餐厅的全面信息的"个人"地图,你喜欢在那里为甜甜圈工作. 原来我们内部的导航系统 运作的方式也差不多 三位科学家得出了这些结论,他们获得了今年的诺贝尔心理学和医学奖. 伦敦大学学院神经生物学家John O“Keefe”和挪威自然和技术科学大学神经生物学家May-Britt和Edward Moser的配偶分享了“在大脑中发现允许你在空间航行的细胞系统”奖。 “

1971年,约翰·奥克夫(John O'Keefe)发现了特殊的神经元"放置细胞",这些神经元帮助动物在太空中确定自己的确切位置. 之后,摩泽尔人、门徒和奥基法的追随者发现了建立正确轨道所需的“网格细胞”。 最初对大鼠进行了研究,但很快在哺乳动物(包括人类)的大脑中发现了这两种细胞.

这种取向系统也可能使用一些抽象属性或感觉. 因此协调神经元并不只是响应感官信号(例如地的气味). 它们建立了某种内部坐标系统,它与来自各种传感器的信息一起被位置神经元用来形成我们的空间感.

进一步研究大脑如何生成认知图,可以导致神经生理学的新发现. Matthew Wilson是麻省理工学院的神经科学家, 除了内置GPS的功能外,协调和放置神经元可能仍然负责保护我们的记忆安全.

空间感知

在河马所发现的地方神经元,这个地区长期被认为是存储记忆. 若被取出,如出名的病人H.M.,大脑会失去创造出新记忆的能力. 但奥克菲的发现表明河马也负责通航.

Kyfe记录了大鼠在新空间自由移动的河马群中的电冲动. 他看到这些神经元被激活 取决于动物在哪里 Okeefe通过改变环境显示, 老鼠不只是对感官提示作出反应,

在1978年的"The Hippocampus as a Cognitive Map"一书中,约翰·O·克夫(John O. Keefe)和他的同名作者林恩·纳德尔(Lynn Nadel)报告说,这个空间系统除了履行一个基本功能外,仍然根据事件发生地来组织个人记忆. 例如,当你坐在你度过童年的家里的厨房桌子上时,你可能记得你上个生日时最喜欢的苹果派.

30年后,摩泽尔人发现了一个细胞系统,科学家认为这个系统为放置神经元提供了空间信息. 他们将传感器放入了老鼠皮层内部的一些神经元上,这些神经元与河马相接,然后将动物放入笼中跑跑. 通过绘制出老鼠体内某些神经元被激活的区域,科学家发现细胞性别分裂为数个等角三角. 地图结果非常准确,以至于科学家起初怀疑是硬件故障.

这个发现最有趣的细节之一是,即使动物处于完全黑暗中,没有任何视觉线索,协调神经元也能发挥作用. 这一事实反映了大脑的内部动态,从某种意义上讲,大脑并不依赖于外部世界的数据. 这让我们有机会了解内部情况, 巴尔的摩约翰霍普金斯大学神经科学家Jim Kirim说:

解开大脑

科学家仍不知道大脑如何绘制空间图, 但克法和莫塞罗夫的作品不仅仅解释了大脑的导航系统——神经科学家现在可以使用坐标细胞并放置神经元数据来回答一大批问题.

例如,科学家想更多地了解大脑如何将关于世界的信息转化为电气信号,以及新信息如何与旧信息结合. Kirim说:“如果我们想知道大脑是如何工作的,我们需要知道A区的数据是如何转换成B区的数据的。” 通过协调神经元传递信息,将神经元放入河马营的过程,科学家可以调查这个问题.

科学家们还利用了位置神经元的特性来更多地了解记忆. 一旦老鼠穿过迷宫,一定位置神经元的序列被激活. 当一只老鼠入睡后,这个序列被重放在它的大脑中,科学家认为这有助于将信息从河马营转移到长期记忆中去.

最近的睡眠研究表明,当老鼠回到迷宫时,同样的序列会在老鼠的大脑中被发挥出来,必须选择正确的路径. “我们知道大鼠可以在脑中穿越时间, 而我们只能通过神经元来了解这些, ”明尼阿波利斯明尼苏达大学神经科学家David Redish说,

许多研究者认为记忆和空间的关系更为密切. 在古希腊,演讲者为了记住演说,精神上将每段演说与通向城市的路段联系起来. 这种杂技的核心是河马所编码的空间信息和自传记忆。 Matthew Wilson最后说:“事实证明,空间是组织个人经验的好方法。”

资料来源:理论和实践。