大脑的一部分能够创建一个人的周围环境的心理图

普林斯顿大学研究人员本周在《自然》杂志上发表的一项新研究表明，大脑的一部分能够创建一个人的周围环境的心理图，它在记忆和学习中的作用远比以前想象的要广泛。

普林斯顿大学分子生物学教授亨利·希尔曼教授兼普林斯顿神经科学研究所主任大卫·坦克说：“近40年的研究表明，大脑的某个区域专门用于空间导航。”“我们发现，不仅在空间环境中导航，而且在认知环境中导航时，也涉及同一区域。”

这项研究研究了自1970年代以来已知的称为海马体的大脑区域，当大鼠在其周围环境中旅行时，该区域变得活跃。这项研究和相关工作表明，当动物到达特定位置时，附近的内嗅皮层中的细胞会着火。这导致人们发现，大脑创造了外部世界的内部代表-一种心理定位系统，可以告诉动物它在环境中的位置。这些发现为三位科学家赢得了2014年诺贝尔生理学或医学奖。

现在，普林斯顿大学的研究人员发现，当大脑探索一种截然不同的环境时，这些相同的大脑区域会活跃，其中一种环境涉及听声音。研究人员在大鼠聆听并响应某些声音时监视神经活动，并发现与大鼠探索环境时类似的发射方式。

该研究解决了神经科学领域的一个长期谜团，即海马体如何与外部环境图和新的记忆联系起来。对海马体有损伤的人，例如以首字母缩写HM所知的健忘症患者，他们参加了五十年的研究直至2008年去世，但他们缺乏形成新记忆的能力。

在以前的研究中，科学家监控了海马细胞的电活动，他们发现这些细胞以代表动物所在位置，头朝哪个方向，行进方向和位置的顺序发射据论文的第一作者德米特里·阿罗诺夫(Dmitriy Aronov)称，这是相对于边界的，当时他是普林斯顿神经科学研究所的博士后研究员，现在是哥伦比亚大学神经科学的助理教授进行这项工作。“神秘的是，这些触发方式与记忆有什么关系?”

研究人员认为，也许海马和附近的内嗅皮层共同构成了这些心理图，但实际上并不是特定于图本身，而是涉及更一般的认知任务，而图只是更大的认知的一个方面涉及学习和记忆的任务。以前的研究仅承担定位任务的原因也许是因为老鼠在觅食时会花费大部分时间来探索环境。

通过给老鼠一个不同的任务，例如探索声音，研究人员可能会看到海马-肠胃回路认知活动的证据。研究人员选择声音作为与空间的类比，因为声音和声音可以沿连续性变化：老鼠可以沿着不断长的走廊探索不断增加的频率。

为了验证这一理论，研究人员在老鼠操纵声音并学会将某些声音频率与奖励联系起来的同时，监控了海马和内嗅神经区域神经元的电活动。Tank和Aronov与本科2018年级Rhino Nevers合作进行这项工作。研究人员首先教老鼠压下操纵杆，以增加在扬声器上播放的音调或频率。老鼠学会了，如果他们在音调达到预定频率范围时放开操纵杆，就会得到奖励。

研究小组观察到神经元放电的模式与任务期间老鼠的行为相对应。神经活动的序列是随着大鼠随着频率的前进而产生的，类似于穿越空间位置的过程中产生的序列。甚至有对应于特定声音频率的模式。这些激发模式所涉及的神经元与映射和导航所涉及的神经元相同。这些细胞包括海马区细胞，之所以被命名是因为它们在大鼠处于特定位置时会发射，而内嗅网格细胞则在大鼠经过某些位置时会发射。

这项研究还表明，海马-肠胃系统中存在着共同的机制，可以代表各种各样的任务，同时也是西蒙斯全球大脑合作组织负责人的坦克说。坦克说：“从我们的工作中可以看出，这些大脑区域并不代表特定的位置，而是可以代表动物体验的其他相关特征。当这些特征以连续的方式变化时，就会产生神经激活序列。” 。

阿罗诺夫说，这一发现符合我们在学习新地点并形成经验记忆的背景下如何映射环境的想法。“当您访问新地点时，您不仅会绘制心理图，而且还会形成您位置的记忆。我们认为这项研究解决了海马代表记忆和位置的奥秘，因为这些神经元是能够代表任何相关信息的通用神经元。”

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