脑部扫描揭示帮助我们不迷路的"刻度盘"

科学家进行了脑部扫描来理解对熟悉地点和新地点做出反应的细胞的组织方式。

科学家在人脑中识别出一个"刻度盘"，当我们探索新区域时会调高——这一发现可能帮助我们理解为什么迷路经常是痴呆症如阿尔茨海默病的早期症状。

想象你走在一条熟悉的回家路上，但不小心拐错了弯。没过多久你的大脑就会发出警报，告诉你迷路了。

这项新研究发表于12月4日的《自然通讯》杂志，结合了高功率脑成像和虚拟现实技术，揭示了当我们探索熟悉和不熟悉环境时大脑中发生了什么。

"当你搬到一个新城市或去某地旅行时，你不会立刻变得熟悉，"研究合著者、复旦大学神经科学家Deniz Vatansever告诉Live Science。"你必须探索你的环境才能熟悉它。"Vatansever和他的团队旨在用虚拟现实重现这种体验。

他们招募了56名20至37岁的健康志愿者，每人在扫描仪内导航一个虚拟世界。他们探索虚拟环境——一个被山脉环绕的草地——同时寻找隐藏在其中的六个"物品"。当志愿者探索这个世界的熟悉和不熟悉区域时，Vatansever的团队用功能性MRI监测他们的大脑活动，这是一种追踪大脑血流的技术。

团队聚焦于海马体，一个对记忆和导航重要的脑区。这个海马形状的海马体富含位置细胞，它们在回应特定位置时激活。之前的研究表明，海马体的一端包含当我们以广泛意义思考位置时激活的细胞，比如附近城市的地标在哪里。在另一端，当我们思考特定位置时位置细胞激活，比如我们把麦片盒放在厨房哪里。

在海马体这个"海马"的"头部"和"尾部"之间，存在一个连接这些广泛和精细调谐位置表征的活动梯度。但之前没有人研究过对地点的新奇度或熟悉度做出反应的细胞的组织方式。

Vatansever的团队发现，海马体的头部包含在参与者探索他们之前待过的区域时激活的细胞。尾部的细胞对新位置做出反应。整个区域以梯度方式排列，从熟悉到不熟悉。

"你可以看到当你从一端到另一端时，新奇与熟悉程度存在这种转变，"Vatansever说。

之前的研究对海马体的哪些区域回应环境中新奇或熟悉产生了混合结果，伦敦大学学院认知神经科学家Zita Patai说，她没有参与这项研究。"他们展示的是，[这种差异]可能部分是因为它是一个梯度，"她告诉Live Science。

其他脑区对新旧位置的反应也不同。皮层中的一个区域——大脑的高层思维中枢——有一个锥形梯度。"在它最中心是更偏好熟悉度的部分。当你向外移动，对新奇活动的偏好就越来越大，"Vatansever说。

团队还探查了导航熟悉和不熟悉区域是否激活更广泛的大脑网络，即分布在整个大脑中经常同步激活的细胞群。熟悉区域激活了之前与运动控制和记忆相关的网络，而新区域激活了与注意力和感知相关的网络。

这种分工可能通过聚焦和吸收相关细节帮助大脑适应新环境，Vatansever说。然后，记忆和运动控制结合帮助导航熟悉区域，他提出。

这些发现可能解释痴呆症的一些早期迹象，Vatansever建议。皮层和海马体梯度内的细胞恰好在阿尔茨海默病最早影响的脑区之中。海马体的前后区域在疾病早期阶段同样脆弱。

东英吉利大学认知神经科学家Louis Renoult没有参与这项研究，他说这篇论文展示了导航和记忆之间的强联系。

帮助我们导航的脑区对情景记忆也很关键——这与我们生活中的特定事件相关，而非事实性知识，Renoult告诉Live Science。情景记忆在阿尔茨海默病早期阶段也特别脆弱。

更好地理解导航如何在大脑中编码可能揭示痴呆症最早阶段可测量的迹象，即导航能力开始减弱时。

"如果你想增强人们独立生活的能力，你会希望他们能去新地方并理解新事物，"Patai说。"在这个意义上，空间新奇和记忆之间的联系真的很令人感兴趣。"

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