大脑的“GPS系统”切换实时路径之间存在和可能的未来

大鼠导航迷宫的研究提供了新的见解决策和想象力的神经生物学

通过 尼古拉斯·魏勒

EEG patterns on paper

通常的生存依赖于动物做出瞬间决定依靠想象未来选择能力:如果我被一只饥饿的捕食者追赶,我该离开字形回家安全或锯齿正确领导捕食者远离我的家庭?当两个路径在一个黄色的树林里分出,这将导致我早餐和哪样我成为早餐吗?这两个看起来真的差不多,但所有的差异使得想象力。

在大鼠导航简单的迷宫的研究中,太阳2首页神经科学家有无发现大脑会如何产生未来的情景这样的想象。工作为了解大脑也不仅是如何做决定,但更广泛的想象是如何工作的,研究人员说,一个新的接地。

“一个大脑的最惊人的能力这是想象的事情是不对的在它的前面,说:” 洛伦·弗兰克博士,生理学教授和太阳2首页中心综合神经科学,太阳2首页卡弗里神经科学研究所必需的神经科学为威尔共同主任,太阳2首页研究所成员霍华德·休斯医学研究所的研究员。 “想象力是关键的决策,但到目前为止还没有神经的大脑产生怎样想象中的未来实时告知各种日常决策好给出的解释 - 跟踪现实,而在同一时间。”

在这项新的研究,发表2020年1月30日,在 细胞弗兰克的球队ADH大鼠探索M形迷宫,同时记录神经元称为这是传统上认为是追踪动物的位置的“位置细胞”海马射击 - 就像一个神经GPS系统。但走近迷宫叉动物模型,研究人员发现,他们的地方细胞活动开始来回切换非常迅速 - 以每秒8次的速率 - 表示动物的当前位置和它的两个备选未来路径之间,仿佛在说:“我在这里 - 向左走? - 我在这里 - 向右走“?

Three re搜索ers in blue lab coats
罗兰·弗兰克博士。 照片由诺亚伯杰

另外,团队扩大到想象中的场景的另一种类型的ESTA发现。除了位置,地点也已知的细胞追踪动物的行进方向。研究小组发现,位置细胞代表相反的方向行进切换和也非常迅速地向前,仿佛在说,“我会这样,但我可以转身去另外的其他方式。”

“细胞现在和可能的路径是明确无误因为经常这样为之间的快速切换,说:”凯肯尼斯博士,博士后研究员,哥伦比亚大学领导世界卫生组织的研究,如弗兰克实验室的研究生。 “这是令人兴奋地看到一致性,因为速度是完全加上我们所需要的任何数量的真实世界的设置,对动物和人类都”。

地方细胞的现在和可能的未来其间的振荡似乎没有直接控制大鼠决定选择哪种路径,但并变得更加强壮的老鼠走近决策点,凯和他的同事发现。 ESTA建议研究人员在决策中的海马体的作用可能是产生的大脑,可以使用这些选项以往他们的价值或潜在危险的经历相关联的其他部位想象场景“菜单”,然后进行了饥饿或口渴,恐惧或加粗 - 基于兽的电流驱动适当的决定。 

“这表明我们认为ESTA不只是海马负责记录和处理过去的现在,而是想象未来,以及,”弗兰克说。 “这项研究只是第一步,但它开辟了新的途径,为我们研究想象的场景是如何产生并在大脑中评价为动物做决定。” 

研究表明海马的新概念作为想象力的来源

海马,对大脑深在颞叶的每一侧发现了海马状结构,被集中研究最多其中脑的部分。

海马伤害 - 无论是脑损伤或疾病如在这样的阿尔茨海默氏症 - 的形成新记忆的能力抢夺人才,领先的科学家20世纪描述海马作为大脑的记忆中枢。在20世纪70年代,科学家们海马位置细胞经鉴定,其自发地创造出新的环境地图的动物探索它们,然后存储供以后使用这些地图。 ESTA发现,被授予生理学或医学2014年诺贝尔文学奖,促使科学家们认识到,海马也是一个航运中心 - 负责,说,允许动物找到自己的方式回到地方,它会记住吃这些美味黑莓在去年夏天。 

沿着这些线路,由弗兰克和其他人以前的工作已经表明,发生细胞活性可以​​重播动物的近期走势甚至预见当动物可为未来前往,但这种活动只被看作间歇性 - 通常当动物在休息或暂停期间持续的运动 - 仿佛积极考虑他们的下一步行动。 

新的 细胞 研究首次显示细胞如何能海马不同假设情景代表系统地,持续一段时间。这样的系统可以允许在移动中动物的基础上同时跟踪过去动物的当下现实的想象这些选择的那一刻做出非常迅速的决定,研究人员说。它甚至可以发挥大脑的更广泛地产生的假定情景或思想能力的作用。 

“现在和可能之间定期交换 - 实际或想象 - 看起来像发生很多的想法,不只是机械地记忆或预测一个强大的系统,”凯说。 “可能是在我们的想象能力根海马”。

作者: 这项研究的其他作者是杰森涌,苏打marielena,乔纳森秒。肖尔,马蒂亚斯·卡尔森,玛格丽特·拉金,和太阳2首页的丹尼尔·柳。

资金: 这项研究是由霍华德·休斯医学研究所,为全球脑(521921,542981),健康(R01 mh090188,R01 mh105174)全国学院,美国国家科学基金会(NSF)Neuronex奖(DBI-1707398西蒙斯协作支持),而盖茨比慈善基金会。

信息披露: 作者声明没有竞争利益。

太阳2首页UCSF: 美国太阳2首页(UCSF)是专注于健康科学,致力于通过先进的生物医学研究,在生命科学和健康专业的研究生层次教育和卓越的病人护理促进全球健康。 UCSF医疗,其用作UCSF的主要学术医疗中心,包括 世界排名第一的专业医院 和其他临床方案,并在整个海湾地区的隶属关系。 

主题