你正在路上奔跑,突然一辆车停在你面前。您的大脑会在一瞬间投射出您的位置并预测您将与汽车相撞,并告诉您的肌肉进行躲避动作。此时此刻,你的大脑会更加关注你所在的位置将要是而不是你在哪里。
这种将我们当前位置投射到未来的能力是哺乳动物导航系统的一个关键特征,并且通常意味着生与死的区别。
为了进一步了解这一现象,神经科学家已经凝视过当果蝠在房间里飞来飞去时,摄像机会跟踪它们的动作,喂食器会鼓励它们以高达每小时 50 公里(31 英里/小时)的速度飞行。
研究人员比较了埃及果蝠的无线追踪神经活动(埃及棕蝠)及其飞行路径,并注意到蝙蝠的“位置细胞”(负责编码动物空间位置的独特神经元)与蝙蝠在不久的将来所处的位置更密切相关,而不是与它们在特定时刻的位置相关及时。
“我们想弄清楚:当前的神经活动是否比当前的实际位置更好地代表了过去或未来的位置?我们发现,对于某些神经元来说,神经活动实际上做得更好代表未来职位的工作,”说该研究的主要作者、加州大学伯克利分校的神经科学家尼古拉斯·多森(Nicholas Dotson)。
位置细胞是位于海马体中的一种神经元;当动物移动到其环境中的特定位置时,它们就会变得活跃。不同的位置由不同的位置细胞表示,这些位置细胞形成了周围空间的一种内部神经“地图”。
“当我在房间里走来走去时,如果你能够了解我海马体的神经活动,你就能够根据这种神经活动解码我在房间里的位置,”多特森说。
先前的研究揭示了这些专用神经元如何编码啮齿动物的空间位置,发现它们的位置细胞编码紧邻动物前方的位置,而不是沿着路径更远的位置。研究人员认为这是由于它们在实验环境中运动较慢所致。
另一方面,蝙蝠以极高的速度飞行,这要求它们计划并快速预测未来的位置,导致它们的位置表征沿着空间和时间的连续体延伸。
在这项研究中,当蝙蝠的位置被预测为几百毫秒或未来一秒时,蝙蝠的神经活动与其空间位置的相关性更强。
已经在多种哺乳动物中发现了位置细胞,但目前尚不清楚这种投射未来一秒的能力是否是蝙蝠及其高速运动所独有的。包括人类在内的速度较慢的动物的大脑可能根本不需要提前计划那么远。
“陆地生物可能不需要像蝙蝠那样预测未来,但是,即使对于人类来说,它也可能因情况而异。如果你在走路,你可能会满足于知道就在你前面会发生什么。但当你开车时,你想知道距离你三米或更远的地方会发生什么,因为你的行驶速度非常高,”说同样来自加州大学伯克利分校的神经生物学家 Michael Yartsev。
“现在我们知道蝙蝠的未来位置有一些神经表征,我们可以去问:不同动物之间有哪些共同的成分?人类以什么方式、在多大程度上表现出这种能力?”
该研究发表在期刊上科学。