我們的大腦如何想像替代現實

我們的大腦如何想像替代現實

您正在上班的路上,當您的想法轉向您計劃在下午進行的講座時。 當您上車去辦公室時,您會自己與自己進行演講,為同事可能提出的問題做好準備。 以後,當您選擇電子郵件收件箱時,便會不斷滾動滾動菜單來選擇午餐選項。

這些只是我們在現實世界中所採取的每項行動如何也伴隨著我們僅想像的隱性替代行動的幾個示例。 已經投入了大量的研究工作來理解我們進行主動決策的方式和原因,但是新的證據表明,在替代現實中度過的時間也有重要的神經學目的。

大腦的許多部分協同工作以構建我們的心理圖,但是空間導航的主要參與者是 海馬, 大腦和內嗅皮層的記憶位點 海馬 並將在那裡生成的信息中繼到更高的處理區域。

早在1948年,就提出了囓齒動物依靠各種環境線索來生成迷宮學習任務獎勵圖。 但是,該圖的性質和生成它的細胞仍然是個謎。 XNUMX年後,研究人員觀察到大鼠中特定的海馬細胞進入特定位置時發射頻率更高。 值得注意的是,這些細胞網絡的發射模式隨時間推移是穩定的,即使在最初激活時不存在提示的情況下也是如此。 這些描述性命名的“位置細胞”的發現為更精確地探究尋路的神經生物學基礎鋪平了道路。

發現位置細胞後,他們提出的功能是為給定空間創建一對一的地形圖。 在從物理世界到大腦的過程中,我們的大多數感官表現都表現出所謂的 地形組織。 想像一下,進入您的汽車並開始準備未知的零件。 您可能需要依靠衛星導航,GPS或紙質地圖來引導您到達目的地。 就像地圖上的每個點都對應您旅途中的特定地標一樣,放置單元將自身錨定到環境中的特定地標上以將您定向到空間中。

我們的內部空間地形更為複雜,海馬細胞會根據動物在這些空間中的行為來編碼特定刺激,提示或獎勵的表示。 例如,想像一下在一個陌生的國家到達機場。 您可能具有關於機場概念的一般知識,以及熟悉的視覺地標,它們將您帶入了這個新空間。 其中一些信息是自傳,是根據您對其他機場的獨特記憶而得出的。

根據這些體驗是正面的還是負面的,這些空間的情感意義也將影響您的個人地圖,所有這些因素共同構成了比簡單地標建築更豐富的空間體驗。


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“位置細胞將自身錨定在環境中的特定地標上,以使您在太空中定向。”

最近在靈長類動物中進行的研究表明,在靈長類動物大腦中,海馬細胞與囓齒類動物大腦中的海藻細胞略有不同,它們會響應一系列嚴格限制位置的不同刺激而放電。 在小鼠,靈長類動物和人類中正在進行的工作也確定了海馬體不是孤獨的演員。 進入內嗅皮層,內嗅皮層將感覺信息傳遞到海馬,並充當新皮層的橋樑,新皮層會發出我們許多更複雜的認知和運動命令。

研究人員最近描述了 內嗅皮層內的細胞網絡稱為“網格細胞”,該編碼對您自己相對於環境的運動進行編碼,在涉及更廣泛的導航策略時,這對位置單元難題至關重要。 網格網絡可以根據內部運動提示而不是來自空間本身的感官輸入,更精確地繪製空間中物體之間的方向和距離。 這些系統一起工作,以可以通過經驗修改的方式動態表示空間,可以靈活地合併新信息,還可以使這些空間隨著時間的流逝而變得熟悉。

但是一旦我們有了空間的表示,我們如何決定如何與之交互? 這需要積極的決策,而決策的動力便是回報。 在這裡,構成我們的導航系統的神經元的非空間屬性變得尤為重要。 研究人員在囓齒動物研究中發現,環境中某些物體的感知獎勵價值或重要性可以使細胞的發射模式朝其方向更嚴重地轉移。 因此,與迷宮中的給定轉彎或位置相關的較高的預測獎勵值 預測朝那個方向的運動。 那麼未選擇的路徑呢?

最近,一個團隊 加州大學舊金山分校的研究人員 在大鼠完成空間導航任務時,測量了海馬地方細胞的放電。 將大鼠置於迷宮中,並在選擇點之間分開的路徑之間進行實時成像。 通過這種方式,研究人員能夠在老鼠做出選擇並沿著它移動之後,分配與迷宮的每個臂相對應的獨特的位置細胞發射模式。

令人驚訝的是,當大鼠接近選擇點時,代表迷宮任一臂的每組位置細胞交替交替發射,在做出選擇之前,將骰子擲向任一可能的未來。 這意味著不僅動物最終實時地行走的路徑,而且可能的替代路徑在神經空間中均等地表示,從而為未來的心理表徵提供了機械的解釋。

“可能的替代路徑在神經空間中均等地表示,為未來的心理表示提供了機械的解釋。”

在囓齒動物中,導航研究是在無法捕獲現實環境複雜性的簡單桌面組件中進行的。 虛擬現實 作為個人娛樂,它已經變得越來越流行,但是它也為研究人員在空間導航研究中提供了前所未有的多樣性和控制水平。 英國的一個小組使用了一款名為Sea Hero Quest的手機遊戲來捕獲記錄中各個年齡段的最大空間推理數據集之一。

遊戲數據 表示當我們19歲時,空間推理可能會開始減少,並且玩家的路線選擇也有所不同,這取決於他們是否攜帶了長期以來一直用作阿爾茨海默氏病臨床診斷標記物的APOE基因的e4變體。 諸如此類的新穎策略將簡單的手機遊戲轉變為臨床數據收集工具,可以極大地擴展我們對神經退行性疾​​病進展的準確理解,並加快高度個性化的早期診斷的發展。

通過研究無法回憶過去的患者,我們對未來的看法有了很多了解。 自神經科學發展初期以來,當病變研究通常是我們掌握的最有用的工具,可用來了解大腦不同部位的功能時,我們已經了解到, 海馬是記憶回憶所必需的.

海馬損傷與健忘症以及空間推理受損有關。 但是,一些具有里程碑意義的研究表明,海馬損傷也乾擾了對假設事件的想像能力。 一致地,失憶症患者不僅難以回憶起最近的傳記信息,而且在提示時只能提供有關其生命中即將發生的事件的一般陳述。

隨著年齡的增長,記憶力減退很常見,但是許多研究表明, 隨著年齡的增長,我們在太空中導航的能力也會下降。 這些缺陷比認知障礙的其他一般指標出現在更早的年齡,這表明導航系統的某些功能是獨特的,並且獨立於海馬中其他類型的記憶和信息處理而運行。

衰老的大腦中最脆弱的結構是編碼運動的結構,例如內嗅皮層。 在老年大鼠中,海馬地方細胞的放電也變得不穩定。 值得注意的是,負責使我們在太空中定向的結構也最容易受到阿爾茨海默氏病病理的影響,指出導航障礙是對此和其他神經退行性疾​​病(如帕金森氏病)的潛在早期診斷標準。

我們的日常生活充滿了有意識和無意識的決定。 但是,隨著越來越多的證據表明,我們的大腦能夠沿著我們選擇的路徑像我們所放棄的路徑一樣行進。

隨著我們繼續了解空間導航,記憶和神經退行性變之間的複雜關係,我們可能會發現,花在思考可能發生的事情上的時間與花在積極計劃上的時間一樣重要。 雖然認知功能的下降被認為是變老的正常現象,但保持這些功能與簡單的智力鍛煉(如拼圖,文字遊戲或閱讀)互動可以幫助保留這些神經通路。 同樣,我們可以通過繪製路線圖來練習導航系統。 因此,下一次您發現自己正努力使自己的頭腦回到手頭的任務上時,請嘗試使其稍稍漂移一下。

這篇文章最初出現在 了解神經元

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