利用增强现实欺骗老鼠揭开了我们大脑的秘密

您是否曾经从跑步机或机场的自动人行道上下来后，感到不安，觉得整个世界都在以不同的速度移动？其实不然，但约翰霍普金斯大学科学家的最新研究详细介绍了在老鼠身上和在我们身上实际发生的情况。

大鼠和人类都有海马体，这是大脑中负责记忆和导航的区域。当人类或大鼠返回到其识别的位置时，大脑该区域的一些神经元（称为“位置细胞”）会亮起。这些位置细胞在称为“发射场”的特定位置发射。发射场形成的原因尚不完全清楚，但这项新研究为这个问题提供了一些线索。

要得到这些问题的答案，需要进行一些古怪的实验设计。研究人员建造了一个圆顶，里面有一张圆形桌子，他们可以在那里投射“地标”的图像。然后他们把老鼠放进去，实时监测它们的海马体功能，看看哪些神经元在什么时候亮起来。

“投射出三个地标，老鼠绕着圆圈跑动，”研究人员 Manu Madhav 说道。Madhav 是约翰霍普金斯大学神经科学和机械工程专业的博士后研究员。“当老鼠跑动时，地标最初根本不动。”在此过程中，老鼠的神经元表现如预期：位置细胞在桌子上的稳定位置激发，表明老鼠识别了该位置。

然而，后来，研究人员开始移动地标。想象一下，老鼠在玩第一人称视频游戏，周围的景色模糊不清：通过移动地标所在的位置，研究人员创造了一种视觉错觉，让老鼠知道它们的移动速度比实际速度快或慢。最后，研究人员将地标的速度与老鼠的速度完全匹配，因此看起来它们相对于图像根本没有移动。

这导致了一个意外的发现。研究人员原本预计这种错觉会影响大脑中的位置细胞，这些细胞会对老鼠在空间中的位置感到困惑。这是因为，和我们一样，老鼠通过不断地根据周围事物的位置来解释周围环境。如果视觉信息表明它们正在以不同的速度移动，位置细胞——如果你愿意的话，可以称之为内部 GPS——可能会重新校准。

但研究人员没想到，这种重新校准会延伸到地标运动让老鼠看起来好像根本没有移动的情况，尽管它们显然在移动。“你会认为这些神经元在某个时候会放弃，”马达夫说。但他们只是不断告诉老鼠它是静止的。对于人类来说，这可能感觉像你离开机场的自动人行道后瞬间迷失方向。

研究人员还尝试过将这些地标完全消失，结果发现，变化——感知到的更快或更慢的运动——仍然存在于老鼠的海马体中。

这听起来可能只是个小细节，但位置细胞不仅仅是我们的“内部 GPS”。研究表明，它们也与记忆形成密切相关。了解大脑这一区域的工作原理有助于从开发阿尔茨海默病的新疗法到设计更高效的机器人等各个方面。“位置细胞对我们来说极其重要，”在以色列理工学院任教的神经科学家 Dori Derdikman 说道，她没有参与当前的研究。通过了解它们的工作原理，他说，“我们了解了我们的记忆是如何组织的。”

这意味着这项研究是重大新闻，因为它提供了更多关于导致我们的位置细胞形成放电场的原因的细节。神经科学家知道这与我们记住与自己相关的路径和地点的方式有关。但目前还不完全清楚位置细胞是否仅仅因为识别了地标而放电，还是作为找出路径并记住它们以备将来使用的过程的一部分。这项研究表明，视觉地标是老鼠学习路径和根据它们记得的其他地方校准它们的位置的重要方式。

德迪克曼说，老鼠身上的这种现象令人惊讶，因为啮齿类动物通常被认为视觉感不强。“我认为这是一个非常聪明的实验，”他说。