我们的大脑如何想象替代现实

我们的大脑如何想象替代现实

您正在上班的路上,当您的想法转向您计划在下午进行的讲座时。 当您上车去办公室时,您会自己与自己进行演讲,为同事可能提出的问题做好准备。 以后,当您选择电子邮件收件箱时,便会不断滚动滚动菜单来选择午餐选项。

这些只是我们在现实世界中所采取的每项行动如何也伴随着我们仅想象的隐性替代行动的几个示例。 已经投入了大量的研究工作来理解我们进行主动决策的方式和原因,但是新的证据表明,在替代现实中度过的时间也有重要的神经学目的。

大脑的许多部分协同工作以构建我们的心理图,但是空间导航的主要参与者是 海马, 大脑和内嗅皮层的记忆位点 海马 并将在那里生成的信息中继到更高的处理区域。

早在1948年,就提出了啮齿动物依靠各种环境线索来生成迷宫学习任务奖励图。 但是,该图的性质和生成它的细胞仍然是个谜。 XNUMX年后,研究人员观察到大鼠中特定的海马细胞进入特定位置时发射频率更高。 值得注意的是,这些细胞网络的发射模式随时间推移是稳定的,即使在最初激活时不存在提示的情况下也是如此。 这些描述性命名的“位置细胞”的发现为更精确地探究寻路的神经生物学基础铺平了道路。

发现位置细胞后,他们提出的功能是为给定空间创建一对一的地形图。 在从物理世界到大脑的过程中,我们的大多数感官表现都表现出所谓的 地形组织。 想象一下,进入您的汽车并开始准备未知的零件。 您可能需要依靠卫星导航,GPS或纸质地图来引导您到达目的地。 就像地图上的每个点都对应您旅途中的特定地标一样,放置单元将自身锚定到环境中的特定地标上以将您定向到空间中。

我们的内部空间地形更为复杂,海马细胞会根据动物在这些空间中的行为来编码特定刺激,提示或奖励的表示。 例如,想象一下在一个陌生的国家到达机场。 您可能具有关于机场概念的一般知识,以及熟悉的视觉地标,它们将您带入了这个新空间。 其中一些信息是自传,是根据您对其他机场的独特记忆而得出的。

根据这些体验是正面的还是负面的,这些空间的情感意义也将影响您的个人地图,所有这些因素共同构成了比简单地标建筑更丰富的空间体验。


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“位置细胞将自身锚定在环境中的特定地标上,以使您在太空中定向。”

最近在灵长类动物中进行的研究表明,在灵长类动物大脑中,海马细胞与啮齿类动物大脑中的海藻细胞略有不同,它们会响应一系列严格限制位置的不同刺激而放电。 在小鼠,灵长类动物和人类中正在进行的工作也确定了海马体不是孤独的演员。 进入内嗅皮层,内嗅皮层将感觉信息传递到海马,并充当新皮层的桥梁,新皮层会发出我们许多更复杂的认知和运动命令。

研究人员最近描述了 内嗅皮层内的细胞网络称为“网格细胞”,该编码对您自己相对于环境的运动进行编码,在涉及更广泛的导航策略时,这对位置单元难题至关重要。 网格网络可以根据内部运动提示而不是来自空间本身的感官输入,更精确地绘制空间中物体之间的方向和距离。 这些系统一起工作,以可以通过经验修改的方式动态表示空间,可以灵活地合并新信息,还可以使这些空间随着时间的流逝而变得熟悉。

但是一旦我们有了空间的表示,我们如何决定如何与之交互? 这需要积极的决策,而决策的动力便是回报。 在这里,构成我们的导航系统的神经元的非空间属性变得尤为重要。 研究人员在啮齿动物研究中发现,环境中某些物体的感知奖励价值或重要性可以使细胞的发射模式朝其方向更严重地转移。 因此,与迷宫中的给定转弯或位置相关的较高的预测奖励值 预测朝那个方向的运动。 那么未选择的路径呢?

最近,一个团队 加州大学旧金山分校的研究人员 在大鼠完成空间导航任务时,测量了海马地方细胞的放电。 将大鼠置于迷宫中,并在选择点之间分开的路径之间进行实时成像。 通过这种方式,研究人员能够在老鼠做出选择并沿着它移动之后,分配与迷宫的每个臂相对应的独特的位置细胞发射模式。

令人惊讶的是,当大鼠接近选择点时,代表迷宫任一臂的每组位置细胞交替交替发射,在做出选择之前,将骰子掷向任一可能的未来。 这意味着不仅动物最终实时地行走的路径,而且可能的替代路径在神经空间中均等地表示,从而为未来的心理表征提供了机械的解释。

“可能的替代路径在神经空间中均等地表示,为未来的心理表示提供了机械的解释。”

在啮齿动物中,导航研究是在无法捕获现实环境复杂性的简单桌面组件中进行的。 虚拟现实 作为个人娱乐,它已经变得越来越流行,但是它也为研究人员在空间导航研究中提供了前所未有的多样性和控制水平。 英国的一个小组使用了一款名为Sea Hero Quest的手机游戏来捕获记录中各个年龄段的最大空间推理数据集之一。

游戏数据 表示当我们19岁时,空间推理可能会开始减少,并且玩家的路线选择也有所不同,这取决于他们是否携带了长期以来一直用作阿尔茨海默氏病临床诊断标记物的APOE基因的e4变体。 诸如此类的新颖策略将简单的手机游戏转变为临床数据收集工具,可以极大地扩展我们对神经退行性疾病进展的准确理解,并加快高度个性化的早期诊断的发展。

通过研究无法回忆过去的患者,我们对未来的看法有了很多了解。 自神经科学发展初期以来,当病变研究通常是我们掌握的最有用的工具,可用来了解大脑不同部位的功能时,我们已经了解到, 海马是记忆回忆所必需的.

海马损伤与健忘症以及空间推理受损有关。 但是,一些具有里程碑意义的研究表明,海马损伤也干扰了对假设事件的想象能力。 一致地,失忆症患者不仅难以回忆起最近的传记信息,而且在提示时只能提供有关其生命中即将发生的事件的一般陈述。

随着年龄的增长,记忆力减退很常见,但是许多研究表明, 随着年龄的增长,我们在太空中导航的能力也会下降。 这些缺陷比认知障碍的其他一般指标出现在更早的年龄,这表明导航系统的某些功能是独特的,并且独立于海马中其他类型的记忆和信息处理而运行。

衰老的大脑中最脆弱的结构是编码运动的结构,例如内嗅皮层。 在老年大鼠中,海马地方细胞的放电也变得不稳定。 值得注意的是,负责将我们定向到太空的结构也最容易受到阿尔茨海默氏病病理的影响,指出导航障碍是对此和其他神经退行性疾病(如帕金森氏病)的潜在早期诊断标准。

我们的日常生活充满了有意识和无意识的决定。 但是,随着越来越多的证据表明,我们的大脑能够沿着我们选择的路径像我们所放弃的路径一样行进。

随着我们继续了解空间导航,记忆和神经退行性变之间的复杂关系,我们可能会发现,花在思考可能发生的事情上的时间与花在积极计划上的时间一样重要。 虽然认知功能的下降被认为是变老的正常现象,但保持这些功能与简单的智力锻炼(如拼图,文字游戏或阅读)互动可以帮助保留这些神经通路。 同样,我们可以通过绘制路线图来练习导航系统。 因此,下一次您发现自己正努力使自己的头脑回到手头的任务上时,请尝试使其稍稍漂移一下。

这篇文章最初出现在 了解神经元

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