讀懂老鼠的想法？科學家根據老鼠海馬神經元激活方式預測下一步去哪兒

當我們處於某個位置時，海馬體內的位置細胞就被激活——這是由John O"Keefe，May-Britt Moser和Edvard Moser發現，並在2014年為他們帶來了諾貝爾醫學獎。根據位置細胞的激活，科學家可以確定是老鼠在哪裡。而神經科學家現在能夠分辨出老鼠接下來的位置，只需觀察在測試里，大鼠參考記憶的任務中哪個神經元被激活。這些是近日在《神經元》上發表的一項研究的結果，該研究由奧地利科學技術研究所(IST Austria)的Jozsef Csicsvari小組執行，第一作者和博士後Haibing Xu，以及Csicsvari的前研究員Peter Baracskay和Joseph O"Neill，現在卡迪夫大學的教師。

科學家們可以根據老鼠大腦中海馬區的位置細胞發出信號來推斷老鼠的位置。然而，有時活躍的位置細胞與大鼠當前的位置並不一致。 「這讓我們了解了這種動物是如何思考空間的。」 Jozsef Csicsvari說:，「我們用這個概念來理解老鼠在測試空間記憶的任務中是如何思考的。」

在實驗中，大鼠在迷宮中八個狹長區域導航。三個區域包含食物獎勵。老鼠重新訪問迷宮中，以便形成對隱藏獎勵的回憶。此任務梳理了兩種不同形式的空間記憶：參考和工作記憶。參考記憶是一種記憶，它允許老鼠記住哪些區域包含獎勵，哪些區域不包含獎勵。工作記憶是記憶老鼠尚未到達哪些區域，以及它已經訪問過哪些區域的記憶，因此老鼠不會做出不必要的導航。研究人員可以通過修改實驗來測試純粹的工作記憶，這樣只有包含獎勵的區域才能打開，或者通過關閉已經訪問過的區域來獲得純粹的參考記憶。

然後研究人員問：當老鼠在迷宮中導航時，位置細胞是如何激活的，以及參考和工作記憶任務之間的激活有何不同?在迷宮的中心，當大鼠進入下一個區域之前，發射的位置細胞序列對應於大鼠在它所訪問的最後一個區域中所採用的路線，或者對應於它接下來將要前往的區域。在測試參考記憶的任務中，序列對應於老鼠將訪問的下一個迷宮區域，讓研究人員得以一瞥就知道大鼠的即時計劃。 「這隻老鼠正在考慮與它所在的地方不同的地方。事實上，我們可以預測老鼠接下來會進入哪個區域。」Csicsvari解釋道。

Csicsvari說：「研究人員不僅可以預測老鼠接下來會去哪裡，他們也知道老鼠什麼時候會出錯。」當老鼠犯錯時，它會重選一條隨機路線。根據位置細胞，我們可以預測老鼠在犯錯之前會犯錯。「但是，預測在工作記憶任務中失敗。在僅測試工作記憶的任務中，激活模式會回放動物訪問的最後一個區域。

研究人員假設，大腦使用不同的策略來解決參考和工作記憶任務。 「通過參考記憶，大腦真正導航並記住"這是我必須前往的位置"。它使用了海馬體，這對於空間任務很重要。工作記憶更抽象，每個位置都是動物要去的地方清單上的一個項目。海馬體可能會向大鼠所在的前額皮質發出信號，而前額皮質會追蹤它能勾出哪些項目。」Csicsvari總結道。

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