《Nature》：脑细胞怎么工作？用多个坐标系统

更新时间：2024-11-08 09:28  浏览量：9

神经科学领域的最新研究揭示了脑细胞如何通过形成多个坐标系统，帮助我们在一系列行为中确定“我们在哪里”。这些细胞能够播放不同的动作序列，其机制类似于音乐盒配置不同音调序列的方式。这项发现不仅帮助我们理解大脑如何灵活地产生复杂行为，如计划和推理，还可能为理解精神分裂症等精神疾病中的认知过程错误提供线索。

这项研究由伦敦大学学院塞恩斯伯里威康中心和牛津大学的科学家们进行，并发表在《Nature》杂志上。研究聚焦于小鼠学习不同但结构相同的行为序列，以揭示小鼠如何将结构概括为新的任务，这被认为是智能行为的体现。研究的第一作者Mohamady El Gaby博士表示，人类每天都在通过对已有知识的概括来解决新问题。以烹饪为例，即便是从未尝试过的新食谱，人们也可以利用对类似食谱的经验来推断所需步骤。研究人员的目标是在细胞水平上详细了解大脑如何实现这一目标，并从大脑活动中推断出解决这一问题的算法。

实验中，研究人员设置了一系列的四个目标位置供小鼠学习，尽管序列的细节不同，但它们的总体结构相同。小鼠需要在目标位置（A、B、C和D）之间循环移动。经过多次序列训练后，小鼠表现出令人惊讶的能力——它们能够猜测出从未经历过的部分序列。例如，当小鼠第一次在新的地点到达D点时，它们能直接回到A点。这一动作并非通过记忆实现，因为小鼠此前从未经历过这个动作。相反，研究结果显示，小鼠能够理解任务的总体结构，并在行为坐标中追踪其“位置”。

为了探索小鼠如何学习任务的一般结构，研究人员使用硅探针记录了大脑内侧额叶皮层中多个单个细胞的活动。他们发现，这些细胞共同绘制了小鼠的“目标进展”。例如，当小鼠到达目标的70%时，一个特定的脑细胞会被激活，这种激活无关目标的具体位置，也不受到达目标距离的影响。

通过这些实验，科学家们揭示了大脑如何通过行为坐标系统来帮助生物体在不同情境下做出决策。小鼠能够通过识别任务的一般结构来预测未经历过的序列，这种能力类似于人类应用已知经验解决新问题的过程。这一发现为我们理解大脑的灵活性提供了新的视角，也为进一步研究精神疾病中认知过程的失常提供了潜在路径。

总体而言，这项研究不仅加深了我们对大脑如何通过细胞活动实现复杂行为的理解，还为今后在脑科学、人工智能以及精神疾病治疗等领域的研究奠定了基础。通过进一步探索这些细胞如何形成和利用坐标系统，科学家们希望能够揭示更多关于大脑运作的秘密，并开发出新的治疗方法来改善与认知功能失常相关的疾病。