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加州大学科学家用VR探索动物如何观察世界

来源:https://yivian.com

    没有人会特地思考如何从沙发走到冰箱。我们无需专门记忆沿途的感官线索(如餐桌)。你可能没有意识到这一点,但人类大脑处理数据的速度比任何超级计算机都要快。当你在房屋中移动时,大脑会根据感官输入快速构建心理地图。


    在健康的时候,我们通常不会感恩这份礼物。然而,空间记忆是癫痫和阿尔茨海默病等神经疾病中首批恶化的功能之一。这正是加州大学洛杉矶分校的神经物理学家玛彦克·梅塔(Mayank Mehta)致力于研究大脑的原因,特别是海马体的细胞是如何学习创造我们对空间和时间的感知。


    梅塔表示:“海马体是我们大脑的一个特殊部分,它主要是学习和感知空间和时间等抽象概念。对海马体的损害将造成一系列的神经系统疾病,如抑郁症,癫痫症和阿尔茨海默氏症。”


    梅塔指出,如果科学家们能更好地理解海马体是如何感知空间和时间,他们就可以找出如何更好地诊断和治疗损害衰弱性神经系统疾病。所以为了确定神经元是如何制作空间心智地图,梅塔及他实验室的同事开始使用虚拟现实技术。


加州大学科学家用VR探索动物如何观察世界


    梅塔解释说,动物和人类都“100%认同抽象空间和时间的概念。”而且所有动物和人类都以相同的方式计算它们在空间中的位置。


    这种对时空的普遍认知是因为一组名为“位置细胞”的海马神经元。当动物和人类在丛林,起居室或迷宫中航行时,它们将以有序的方式激发,并自动提供一组时空地图。


    在2014年,三位科学家因发现这种位置细胞而获得了诺贝尔生理学与医学奖。但即便是发现了它们,科学家都不确定这些细胞是如何起发挥作用:它们是如何将光,声音,气味转化为对空间和时间的普遍感知的呢?


    为了解决这个问题,梅塔总结道,我们需要分开构成时空的不同感官刺激。这在现实世界中不可能实现,但可以在虚拟世界中轻松完成。


    为了在控制感官提示的同时测试空间记忆,科学家们在过去数十年间一直在使用“水迷宫”:包括将啮齿动物放入水池中,然后测试它们游到逃生平台的能力。理由是浸没能阻止干扰性感觉输入,如随机的气味或声音。但水迷宫不适合诊断可能患有阿尔茨海默氏症症状的人们,不过,虚拟迷宫可以用于人类和其他物种。


    在一项实验中,研究人员比较了小白鼠定位隐藏在现实世界迷宫中的奖励的能力。小白鼠可以根据视力,声音和气味进行导航。但对于在虚拟迷宫中定位奖励,他们只限于使用视觉线索。


加州大学科学家用VR探索动物如何观察世界


    首先,包括加州大学洛杉矶分校学生在内的神经科学,心理学,计算机科学,工程和物理学的跨学科团队必须从零开始构建虚拟设备。他们设计了一款包括球形 跑步机 的硬件,并训练小白鼠适应虚拟环境和开玩虚拟游戏。


    研究结果令人感到惊讶。虚拟迷宫中的小白鼠能像真正的迷宫中的小白鼠那样巧妙地发现了隐藏的奖励。事实证明,小白鼠看得十分清楚。在虚拟现实中,小白鼠可以使用视觉线索直接驱动海马体的反应,表明它们感知虚拟空间以及人类。


    尽管如此,海马体中的神经活动在虚拟现实中的表现非常不正常。海马体中有超过一半的神经元都在虚拟现实中关闭,剩下的神经元则以无序方式激发,梅塔称这种模式与小白鼠在导航真实迷宫时所显示的位置细胞活动存在“惊人的不同”。


    梅塔指出,这些研究表明大脑需要来自多个感官因素的输入来构建可行的空间地图。如果视觉上显示你正在空间中移动,但声音和气味则另有说明,神经活动变得非常奇怪。鉴于啮齿动物和人类处理空间时的相似性,人类大脑也会出现类似的结果。


    梅塔说道:“VR打破了物理定律。它消除了世界上所有动物和人类已经使用了数百万年的不同刺激之间的一致关系。这导致大脑出现了异常的活动模式。”


    定义我们如何感知空间只是梅塔研究的一个起点。


    他说道:“我们的大脑,包括海马体,进化出了感知时间和空间的能力。由于我们不必再为生活而奔波,所以我们就用这些‘硬件’来编写交响乐和交易股票。如果我们能够理解这种‘硬件’是如何计算时空,我们或许可以回答关于我们是如何学习和创造其他复杂行为的多个问题,以及如何诊断和治疗学习和记忆障碍。”


    文章来源:映维网 如转载请标明出处

    原文链接 : https://yivian.com/news/50070.html

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