蝙蝠回声定位可以帮助我们了解多动症

在寻找晚餐时，大棕蝠必须瞄准飞来飞去的昆虫，并注意周围环境，以免撞到它们。现在，科学家们已经窥探到这些蝙蝠俯冲和俯冲时大脑中发生的事情。他们确定了一个大脑区域，该区域可以帮助蝙蝠绘制物体相对于自己身体的位置，并发现当蝙蝠将注意力集中在特定物体上时，单个脑细胞会改变其行为。该研究结果于 4 月 10 日发表在《eLife 》杂志上，可以帮助我们了解人类注意力问题的某些方面，以及蝙蝠和动物在移动时如何导航。

蝙蝠是了解大脑如何实现这一技巧的一个很好的起点，因为它们的回声定位叫声可以准确地揭示它们在评估周围环境时所关注的事物。“每次它发出声音时，就像是将一束手电筒光束照射到世界上，”巴尔的摩市约翰霍普金斯大学的行为神经学家、合著者梅尔维尔·沃尔格穆斯 (Melville Wohlgemuth) 说。当蝙蝠想要更好地“观察”某个特定物体时，它可以调整这束声纳。通过更快地发出吱吱声，蝙蝠可以捕捉到更详细的信息。

沃尔格穆特说：“几十年来，我们看到它们会改变叫声以更好地辨别环境，但从未从神经层面揭示过它们到底发生了什么。”

为了找到答案，他和同事在大棕蝙蝠的中脑中植入了一个无线设备来记录电活动，然后让它们在一个天花板上悬挂着塑料罐的房间里飞来飞去。当蝙蝠在这些障碍物周围飞来飞去时，科学家们拍摄了视频，以追踪它们的飞行路线和头部瞄准的方向。研究小组还记录了蝙蝠的回声定位叫声。

通过将所有这些信息整合在一起，研究人员可以找出蝙蝠在注意到障碍物时哪些脑细胞变得活跃。他们发现，当蝙蝠四处移动时，上丘脑区编码了这些物体在三维空间中的位置。

所有脊椎动物都有这个大脑区域。到目前为止，科学家们一直受到笨重的大脑记录设备的限制，他们大多在静止的动物身上观察这个大脑区域，这些动物正在执行非自然的二维任务，比如观察电脑屏幕上的点移动。“我们真的想从大脑在现实世界中如何运作的角度来看待它，”沃尔格穆特说。“让动物不受束缚地飞翔，并从大脑中无线记录，这实际上只是最近才出现的能力。”

事实证明，该大脑区域的不同神经元对动物周围的不同空间区域进行调节。因此，如果蝙蝠在飞行，当它接近左侧二十英尺远且与蝙蝠高度相同的树枝时，某些神经元可能会激活。当蝙蝠的声纳声波从下方游荡的鹿或正前方的灯柱上反射回来时，其他神经元可能会变得更加活跃。

当蝙蝠观察某个物体时，单个神经元开始表现出不同的行为。随着蝙蝠叫得越来越快，促使每个神经元放电的空间区域就会缩小。“当蝙蝠注意一个物体时，大脑中对该物体的印象就会变得更加清晰，”沃尔格穆特说。换句话说，蝙蝠可以更精确地在脑海中描绘出它们所叫物体的位置。在人类中，当我们将目光集中在一个物体上以看得更清楚时，也可能会发生类似的事情。

科学家认为，上丘还能帮助动物对收集到的感官输入做出反应。它可能会促使蝙蝠改变飞行路线以避免撞到树上，或者开始快速发出吱吱声来获取更多信息。未来，沃尔格穆特和他的同事们将研究蝙蝠飞行时上丘的运动神经元是如何表现的。

研究人员怀疑，注意力不集中的人的上丘功能不正常，这或许是导致他们更容易被感官输入分散注意力的原因。沃尔格穆特表示，了解动物在集中注意力时，上丘脑区活动如何变化，或许有助于确定注意力不集中的人的这些过程可能存在哪些问题。