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    如何感知自己身在何方



      多年以來,關于位置和導航的問題一直困擾著哲學家和科學家。200多年前,德國哲學家康德認為精神能力是獨立于經驗的先驗知識。他認為空間概念是意識中既有的原則,人們必須通過這些原則感知世界。
     
      到20世紀中葉,行為科學的出現使得這些問題得以通過實驗手段進行解答。當愛德華·托爾曼觀察迷宮中老鼠的運動時,他發現它們能夠學習如何導航。因此,他提出老鼠腦中形成了一幅空間記憶的“認知地圖”,使它們能夠找到自己要去的路。但新的問題來了:這個“地圖”在大腦中是如何表征的呢?
     
      奧基夫發現空間位置
     
      在20世紀60年代后期,奧基夫開始試圖用神經生理學的方法來解決這一問題。當他對在屋內自由移動的老鼠的大腦海馬內單個神經細胞的信號進行記錄時,奧基夫發現,當老鼠經過特定的位置時,某些特定的神經細胞會被激活。不同的“位置細胞”在不同的位置被激活,大量被激活的位置細胞所編碼的位置信息聯合在一起,就可以表征一個特定的環境。并且,這種細胞群體是動態存在的。在不同的環境中,通過激活不同的位置細胞群體,海馬就能生成很多不同的“地圖”。這解釋了位置信息在大腦中的表征形式,強有力地支持了托爾曼所提出的“認知地圖”理論。
     
      奧基夫隨后的研究表明:這些位置細胞可能具備記憶的功能。當將老鼠放入不同的環境中,不同的位置細胞之間會重新組合以形成不同的群體。這種重新組合的過程是可以通過學習獲得的.
     
      莫澤夫婦發現“網格細胞”
     
      2005年,莫澤夫婦在研究老鼠移動過程中海馬會與哪些腦區進行信息交流時,在海馬附近的一個被稱為內嗅皮層的區域中發現了一群令人驚訝的“網格細胞”。當老鼠經過一系列特定的位置時這些細胞就會被激活,而這些特定的位置正好組成了六角形網格。每個網格細胞都以獨特的空間模式被激活,這些細胞共同建立出一個可以進行空間導航的坐標系統。這為測量運動的距離提供了解決辦法,并且為海馬內的“認知地圖”加上了坐標系統。
     
      人類大腦內的“地圖”
     
      在人類大腦中,海馬和內嗅皮層一直被認為參與了我們的空間學習和情景記憶。 關于倫敦的士司機的研究結果也暗示海馬內的某些細胞不僅能標記特定的位置,而且在大腦形成空間記憶的過程起到重要作用。要成為倫敦的的士司機,需要通過嚴格的訓練,記住數千個地點,并且知道這些地點之間最直接的路線。研究表明,相較于普通民眾,倫敦的士司機的海馬體積較大,而且海馬的大小與司機開車的經驗呈現正相關。 在阿爾茲海默氏病(AD)的早期階段,患者的海馬和內嗅皮層經常會受到影響,導致這些患者無法辨別周邊環境并且經常迷路。為了認知、記憶我們周圍的環境并使用這些信息為自己導航,我們必須具備一張大腦內的“地圖”和位置感。科學家的工作極大地改變了我們對神經網絡層面上研究認知功能的理解,并且給我們研究空間記憶的形成機制提供了重要的啟示。

     

    責編:一冰

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