科学家发现我们的大脑如何追踪我们和其他人的去向

“我们第一次能够直接研究一个人的大脑如何在与他人共享的实际物理空间中导航，”加州大学洛杉矶分校(UCLA)大卫·格芬医学院神经外科和精神病学助理教授、资深作者南西亚·苏萨纳博士说。“我们的研究结果表明，我们的大脑可能使用一种共同的代码来了解我们和他人在社交环境中的位置。”

Suthana博士的实验室研究大脑如何控制学习和记忆。在这项研究中，她的团队与一组31-52岁的耐药癫痫患者合作，他们的大脑通过手术植入电极来控制癫痫发作。

电极位于大脑中被称为内侧颞叶的记忆中心，这也被认为是控制导航的地方，至少在啮齿动物中是这样。在过去的半个世纪里，包括三位诺贝尔奖得主在内的科学家们在一个又一个实验中发现，大脑叶中的神经元，即网格细胞和位置细胞，就像一个全球定位系统。此外，科学家们发现，这些细胞的低频神经活动波，被称为θ节律，帮助啮齿动物在迷宫中奔跑或在浅水池游泳时知道自己和其他动物在哪里。

”一些间接证据支持内侧颞叶在我们导航中的作用。但进一步测试这些想法在技术上很困难，这篇文章的主要作者、加州大学洛杉矶分校的博士后学者马蒂亚斯·斯坦格尔博士说。

这项研究提供了迄今为止在人类身上支持这些想法的最直接证据，这是由Suthana博士的团队作为NIH BRAIN Initiative项目的一部分发明的一种特殊背包实现的。

“大脑研究的许多重要突破都是由技术进步引发的。这就是NIH BRAIN计划的全部内容。它要求研究人员创造新的工具，然后使用这些工具来彻底改变我们对大脑和大脑疾病的理解。”国立卫生研究院大脑计划主任John Ngai博士说。

这个背包的核心是一个电脑系统，可以无线连接到通过手术植入病人头部的电极上。最近,研究人员表明这台计算机可以同时连接到其他几个设备，包括虚拟现实眼镜、眼球追踪器、心脏、皮肤和呼吸监测器。

”到目前为止，直接研究人类大脑活动的唯一方法需要受试者保持静止，要么躺在大型大脑扫描仪中，要么连接到电子记录设备上。2015年，Suthana博士带着一个解决这个问题的想法来找我，所以我们试着做了一个背包。”加州大学洛杉矶分校的研究生、该研究的作者乌罗斯·托帕洛维奇(Uros Topalovic)说。“这个背包解放了病人，让我们可以研究大脑在自然运动时是如何工作的”。

为了研究内侧颞叶在导航中的作用，研究人员要求研究参与者背上背包，进入一个330平方英尺的空房间。

每面墙上都有一排从1到5的彩色标志，每面墙一种颜色。通过安装在天花板上的扬声器，一个计算机化的声音要求病人走到其中一个标志前。当他们到达标志时，那个声音让他们在房间的某个地方寻找一个直径两英尺的地方。与此同时，背包记录了患者的脑电波、在房间里走过的路径和眼球运动。

最初，每个人都需要几分钟才能找到地点。在随后的试验中，时间随着他们对光点位置记忆的提高而缩短。

电记录揭示了大脑活动的独特模式。当参与者靠近墙壁时，他们的θ节奏比他们在房间中间徘徊时更强——峰值更高，低谷更低。这种情况只发生在他们寻找地点的时候。相比之下，当参与者按照指示走到墙上的彩色标志时，研究人员没有发现θ节奏强度和位置之间的相关性。

”这些结果支持了这样一种观点，即在特定的精神状态下，θ波节律可能有助于大脑知道边界在哪里。在这种情况下，它是我们专注于寻找某样东西的时候。”斯坦格博士说。

进一步的分析支持了这一结论，并帮助排除了结果是由其他因素引起的可能性，例如与不同的眼睛、身体或头部运动相关的活动。

奇怪的是，当参与者看着其他人寻找停车位时，他们也看到了类似的结果。在这些实验中，参与者会背着背包坐在房间角落的椅子上，双手放在键盘附近。病人知道隐藏点的位置，每当另一个人到达时，他们就按下键盘上的按钮。

同样，当另一个人靠近墙壁或地点时，参与者的脑电波流动最强烈，这种模式只在这个人在狩猎时出现，而不是在遵循特定的指示。

“我们的研究结果支持了这样一种观点，即我们的大脑可能会利用这些波模式来设身处地地为别人着想。”苏萨娜医生说。“研究结果打开了一扇门，帮助我们理解大脑如何控制导航，甚至可能控制其他社会互动。”

Suthana博士的团队计划更深入地探索这些想法。此外，该团队还将这款背包提供给其他想要更多了解大脑和大脑疾病的研究人员。

今年超过175个研究小组获得了资助从绘制控制章鱼视觉的神经回路，到通过升级驱动神经刺激装置的计算机程序来帮助脊髓损伤瘫痪的人重新获得运动能力，美国国家卫生研究院(NIH)支持了各种各样的项目。

这些研究得到了美国国立卫生研究院(NS103802)、麦克奈特基金会(神经科学技术创新奖)和凯克青年教师奖。