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老鼠和人類一樣具有想像力
在生活和工作中﹐人類常常使用想像力﹐在腦海中規劃最快的上班路徑﹑思考晚餐吃什麼﹑回憶上一次或計劃即將開始的會議內容… …想像是人類所能做的一件了不起的事。長期以來想像力被認為是人類獨有的一種特徵﹐它涉及到思考一些實際上並沒有正在發生的事情。一項新發表於《科學》雜誌上的研究表明﹐老鼠可能也具有想像力。更具體地說﹐新的研究結果表明﹐即使老鼠一動不動地坐著﹐它們也能像人類一樣﹐在腦海中想像走到一個新的地方﹐或在腦海中將一個虛擬物品移動到一個新的位置。
科學家認為﹐人類的想像力與人腦中的一個名為海馬迴的區域息息相關。海馬迴是腦中負責空間記憶的區域﹐它儲存著與回憶過去的事件和暢想未來的情景有關的地圖。當我們回憶一個地點和事件時﹐海馬迴會產生特定的活動模式。例如﹐當我們從一個地方走到另一個地方時﹐海馬迴會根據位置的不同而呈現出特定的活動模式。在那之後﹐當我們思考在同樣的環境中移動時﹐海馬迴中就會出現相同的模式。
科學家知道和人類一樣﹐當齧齒類動物經歷地點和事件時﹐它們腦中的海馬迴也會激活特定的神經活動模式。但他們不知道的是﹐老鼠能否像人類一樣﹐能夠隨意控制海馬迴中的這種活動模式。只可惜﹐長時間以來﹐科學家一直難以找到合適的方法來探索這一問題。
在新的研究中﹐研究人員找到了一種探索動物是否具有想像力的方法。他們開發了一種結合虛擬現實(VR)和腦機接口(BMI)的新系統。這個系統像是一台實時的「思想探測器」﹐可以測量神經活動並翻譯其含義。他們創建了一個使他們能夠解碼老鼠的腦信號的「思想詞典」﹐詞典中彙編了老鼠在經歷某些事件時的活動模式。
在實驗中﹐他們先將電極植入老鼠的腦中﹐以記錄海馬迴的活動。他們讓老鼠在一個球形跑步機上行走﹐並在它們周圍放置了一個顯示了虛擬現實舞台的360°屏幕。當老鼠在跑步機上行走時﹐屏幕上會顯示它們在虛擬現實舞台中移動。
△當老鼠在一個球形跑步機上行走時﹐它的動作會在周圍的360°屏幕上的虛擬現實舞台中顯示出來﹐當老鼠到達目的地時﹐就會得到獎勵。
研究人員對老鼠進行了訓練﹐當它們走到了正確的目的地時﹐就會得到一小口糖水作為獎勵。與此同時﹐當在跑步機上行走的老鼠抵達虛擬現實舞台中的每一個地點時﹐它們的海馬迴就會產生獨特的活動模式。腦機接口系統會記錄下這些海馬迴的活動模式﹐使研究人員可以觀察到當老鼠在抵達虛擬現實舞台中的特定位置時﹐有哪些神經元被激活了。
研究人員推測﹐老鼠可以僅通過思考每個位置﹐來復現這些腦模式。為了驗證這一推測﹐他們進行了另外兩項實驗﹐並將那兩項實驗分別稱為「心靈傳輸者」和「絕地武士」。在「心靈傳輸者」任務中﹐他們斷開了跑步機﹐讓腦機接口將老鼠的神經活動轉化為屏幕上的動作﹐當老鼠重現了與特定位置相關的海馬迴活動模式時﹐就會獲得獎勵。換句話說﹐在這項任務中﹐老鼠只需要通過想像在虛擬現實舞台上穿行﹐來獲得獎勵。這種思維過程是人類經常經歷的。
在「絕地武士」任務中﹐被固定在一個虛擬位置的老鼠需要僅憑想像﹐將一個虛擬物體「移動」到一個位置。原地不動的老鼠可以通過控制它的海馬迴活動﹐在虛擬現實舞台中將物體「移動」到目標地點。這就像是坐在辦公室裡的人可能會想像拿起咖啡機旁邊的一個杯子﹐然後把它裝滿咖啡一樣。然後研究人員會改變目標地點的位置﹐讓老鼠產生與新位置相關的活動模式。
實驗結果表明﹐在接受測試的四隻老鼠中﹐有三隻能夠出色地完成虛擬現實任務。它們可以像人類一樣﹐在精神上去往它們曾去過的環境﹐而且它們似乎也能將思維停留在一個特定的地方幾秒鐘的時間﹐這個時間長度與人類重溫過去的事件或想像新的場景時類似。這意味著﹐老鼠也和人類一樣﹐可以想像眼前沒有的地方和物體﹐並依靠想像前往一個地方﹐或者依靠想像把一個物體移動到一個特定的位置。換句話說﹐老鼠和人類一樣﹐擁有某種形式的想像力。
此外﹐這項研究還表明﹐腦機接口可以用來探測海馬迴活動﹐為研究這個重要的腦區提供了一個新的系統。
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