圖片來源：Pixabay

作者 NIH/NATIONAL INSTITUTE OF NEUROLOGICAL DISORDERS AND STROKE

翻譯 胡琦琳

審校 戚譯引

科學家們(men) 首次記錄了我們(men) 的大腦如何在物理空間中導航和追蹤他人位置。研究人員讓癲癇患者在一間空房間裏走動，以尋找一處隱蔽的直徑 2 英尺（約合 61 厘米）的區域，同時用一種特製的無線背包監測他們(men) 的腦電波。這項研究發表在《自然》（Nature）期刊上。研究人員稱，參與(yu) 者的腦電波體(ti) 現出一種獨特的模式，這意味著每位參與(yu) 者的大腦都映射出了牆壁和其他邊界。有趣的是，當參與(yu) 者坐在房間的角落裏看著其他人四處走動時，他們(men) 的腦電波也會(hui) 以相似的方式波動，表明這樣的腦電波也被用來追蹤其他人的行動。這項研究是美國國立衛生研究院（NIH）腦科學計劃（BRAIN Initiative）中通過新興(xing) 神經技術進行大腦研究的項目之一。

 “我們(men) 首次實現了直接研究人類大腦如何在與(yu) 他人共享的實際空間中導航。”加州大學洛杉磯分校（UCLA）大衛·格芬醫學院（David Geffen School of Medicine）神經外科和精神病學助理教授、研究通訊作者 Nanthia Suthana 博士說，“我們(men) 的研究結果表明，在社會(hui) 環境中，大腦可能使用同一種代碼來獲取我們(men) 和其他人的位置。”

Suthana 博士的實驗室研究大腦如何學習(xi) 和記憶。在這項研究中，她的團隊征集了一組 31-52 歲、具有抗藥性的癲癇患者，他們(men) 已經通過手術在大腦中植入電極，來控製癲癇發作。

電極位於(yu) 大腦的記憶中心，即內(nei) 側(ce) 顳葉，這一部位也被認為(wei) 用於(yu) 控製導航，至少在齧齒動物中是這樣。在過去的半個(ge) 世紀，包括三位諾貝爾獎獲得者在內(nei) 的科學家在一次又一次的實驗中發現，顳葉中的神經元，也被稱為(wei) 網格細胞（grid cells）和位置細胞（place cells），發揮著類似全球定位係統的功能。此外，科學家們(men) 還發現，這些細胞的神經活動的低頻波（theta 波）有助於(yu) 齧齒動物在迷宮中或淺水區遊泳時知道自己和其它動物的位置。

 “有一些間接證據顯示內(nei) 側(ce) 顳葉負責我們(men) 導航。但要更進一步驗證這些想法，在技術上還是很困難的。”加州大學洛杉磯分校的博士後，也是這篇文章的第一作者 Matthias Stangl 博士說。

Suthana 博士的研究團隊發明的特製背包，為(wei) 在人類身上支持這些觀點，提供了迄今為(wei) 止最直接的證據。這也是 NIH 腦科學計劃的研究成果之一。

“腦科學研究中許多重要的突破都是得益於(yu) 技術的進步。這也是 NIH 腦科學計劃想做的。它刺激研究人員創造新的研究工具，然後用這些工具來推動我們(men) 對大腦以及腦部疾病的認識。”NIH 腦科學計劃主任 John Ngai 博士說。

這個(ge) 背包的核心是一個(ge) 計算機係統，可以無線連接通過外科手術植入病人頭部的電極。最近，研究人員稱，這個(ge) 計算機係統可以同時連接多台設備，包括虛擬現實（VR）眼鏡、眼動追蹤器，以及心髒、皮膚和呼吸監測設備。

“直到目前，直接研究人類大腦活動唯一的方法就是要求受試者保持靜止，比如讓受試者躺在一個(ge) 大型大腦掃描儀(yi) 中，或是連接到一台可以進行電子記錄的設備上。2015 年，Suthana 博士帶著可能解決(jue) 這個(ge) 問題的想法來找到我，於(yu) 是我們(men) 嚐試做了這樣的一個(ge) 背包。”加州大學洛杉磯分校的研究生，文章作者之一 Uros Topalovic 說，“這個(ge) 背包可以解放病人，也讓我們(men) 得以研究大腦在自然活動時如何運作。”

為(wei) 了研究內(nei) 側(ce) 顳葉在導航中的作用，研究人員讓參與(yu) 者背上背包，並進入一間 330 平方英尺的空房間（約合 30 平方米）。

每麵牆上排列著一排 1 到 5 的彩色標誌，並且每麵牆上的標誌顏色相同。研究者通過安裝在天花板上的揚聲器，用電腦語音要求病人走到某一個(ge) 標記前。一旦他們(men) 到達標記，就繼續語音提示他們(men) 尋找一個(ge) 隱藏在房間某處、直徑為(wei) 2 英尺的區域。與(yu) 此同時，背包會(hui) 記錄患者的腦電波、穿過房間的路徑以及眼球運動。

起初，每個(ge) 人需要幾分鍾才能找到特定的區域。但經過幾次試驗後，隨著他們(men) 對路線愈發熟悉，所需的時間越來越少。

電子記錄顯示了大腦活動的一種獨特模式。當參與(yu) 者靠近牆壁時，theta 波比他們(men) 在房間中央徘徊時波動的更強，峰值更高，穀值也更低。這種情況隻發生在他們(men) 尋找某個(ge) 特定的位置時。相比之下，當參與(yu) 者按照指示走向牆上的彩色標誌時，研究人員發現 theta 波節律強度與(yu) 位置之間沒有相關(guan) 性。

“由這些結果可以得出，在特定的心理狀態下，theta 波可以幫助大腦指引邊界的位置。特別是在，我們(men) 集中注意力尋找某樣東(dong) 西的時候。”Stangl 博士。

進一步的分析也支持了這樣的結論，並且協助排除了其它同樣可能產(chan) 生這一結果的可能性，例如眼睛、身體(ti) 或頭部不同的運動等。

奇怪的是，當參與(yu) 者看著他人尋找位置時，他們(men) 的腦電波也有類似的模式。在這些實驗中，參與(yu) 者會(hui) 坐在房間角落的椅子上，背著背包，手放在鍵盤旁邊。參與(yu) 者們(men) 知道隱藏點的位置，當別人到達時，他們(men) 就按下鍵盤上的按鈕。

同樣，當其他人靠近牆壁或地點時，參與(yu) 者的腦電波波動非常強烈，而且這種模式隻在這個(ge) 人在四處尋找的時候出現，而在按照特定方向行走時是不會(hui) 出現的。

“我們(men) 的研究結果支持這樣的觀點，即大腦可能會(hui) 利用這些腦電波模式來設身處地為(wei) 他人考慮。”Suthana 博士說，“這個(ge) 結果為(wei) 我們(men) 理解大腦如何導航打開了一扇門，甚至可能有助於(yu) 理解其他社會(hui) 互動。”

Suthana 博士的研究團隊計劃更深入地探索這些想法。此外，該團隊還將該背包提供給其他想要研究大腦以及腦部疾病的研究人員。

原文鏈接：

https://eurekalert.org/pub_releases/2020-12/nion-sdh122120.php 


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