我們都經(jīng)歷過(guò)日常通勤中的那一刻 - 到學(xué)校，到辦公室，到雜貨店 - 突然之間出現(xiàn)了障礙，我們突然出現(xiàn)了常規(guī)計(jì)劃新旅程。

認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)表明，心靈創(chuàng)造了內(nèi)部空間地圖，幫助我們記住過(guò)去，但也想象未來(lái)。實(shí)際上，思維有一個(gè)內(nèi)部GPS系統(tǒng)，其中稱為位置單元的神經(jīng)元通過(guò)其活動(dòng)模式發(fā)出信號(hào)位置，并告知我們環(huán)境的不同部分是如何連接的。

現(xiàn)在，倫敦大學(xué)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)結(jié)合了虛擬現(xiàn)實(shí)，功能磁共振成像(fMRI)和建筑前沿的技術(shù)，展示了大腦的兩個(gè)部分，海馬體和前額葉皮層如何協(xié)同工作來(lái)理解街道的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)，模擬可訪問(wèn)的未來(lái)路徑并決定到達(dá)目標(biāo)的路線。

這項(xiàng)研究發(fā)表于“自然通訊”，不僅更加了解我們的空間記憶如何運(yùn)作，而且可能更加了解我們?nèi)绾斡涀『团袛辔覀兏鼜V泛的經(jīng)驗(yàn)，從而更廣泛地形成對(duì)我們未來(lái)的判斷。

簡(jiǎn)而言之，如果我們的自我是由經(jīng)驗(yàn)形成的，它會(huì)讓我們深入了解大腦如何告訴我們自己是誰(shuí)。

新方法結(jié)合了神經(jīng)科學(xué)和空間語(yǔ)法

大腦如何對(duì)能見(jiàn)度實(shí)際上是連續(xù)的展開(kāi)空間做出反應(yīng)?街道網(wǎng)絡(luò)，分支機(jī)構(gòu)和分支機(jī)構(gòu)在哪里開(kāi)始和結(jié)束?

“沒(méi)有人問(wèn)過(guò)街道如何連接以及這可能如何影響大腦，或大腦如何使用這些信息，”Hugo Spiers說(shuō)，他在倫敦大學(xué)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了這項(xiàng)研究。

“這項(xiàng)研究是海馬體在日常記憶中作用的一個(gè)很好的例子。”

Spires組建了一個(gè)由建筑師，認(rèn)知科學(xué)家和實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家組成的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)，將大腦活動(dòng)與空間結(jié)構(gòu)的分析聯(lián)系起來(lái)，稱為空間語(yǔ)法，這是20世紀(jì)70年代末由巴特利特，倫敦大學(xué)學(xué)院開(kāi)創(chuàng)的建筑與設(shè)計(jì)的另類理念。

“空間語(yǔ)法是基于對(duì)任何空間作為子空間網(wǎng)絡(luò)的嚴(yán)格數(shù)學(xué)描述，”巴林大學(xué)巴特利特大學(xué)的建筑師Joao Pinelo Silva說(shuō)。“有些空間會(huì)更接近所有其他空間。如果我們將城市想象成一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)，每條街道代表一個(gè)節(jié)點(diǎn)，那么我們就可以根據(jù)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)立地量化每條街道的可達(dá)性。“

這可以通過(guò)以下幾種方式完成：“度”(街道與其他街道相連的街道數(shù)量)，“接近度”(與其他街道的接近程度)和“介于”之間(用于連接的程度)所有其他街道)。

在巴林，Pinelo Silva的工作是通過(guò)識(shí)別最弱的節(jié)點(diǎn)來(lái)幫助提高道路網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)能力，如果被事故或洪水阻擋，那些街道會(huì)造成最大的破壞。回到倫敦的Soho，Pinelo Silva和他的同事們?yōu)镾pires的神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了相同的建模技術(shù)。

Spires有24人學(xué)習(xí)Soho部分的布局，然后掃描他們的大腦，同時(shí)淹沒(méi)在通過(guò)這些街道的新路線的虛擬世界代表中。在這些路線的一半中，他們被賦予了導(dǎo)航任務(wù)。然后團(tuán)隊(duì)將這些fMRI圖像映射到空間語(yǔ)法測(cè)量上。

海馬導(dǎo)航模型

Spiers發(fā)現(xiàn)的結(jié)果是驚人的：海馬體右側(cè)的兩個(gè)不同區(qū)域跟蹤了不同的可達(dá)性測(cè)量值。右前方海馬活動(dòng)模式與親密度相對(duì)應(yīng)，跟蹤參與者輸入的實(shí)際街道的細(xì)節(jié)。右后方海馬活動(dòng)與程度的變化相關(guān) - 它模擬了未來(lái)可能的路線數(shù)量。

當(dāng)參與者被迫走彎路時(shí)，重新規(guī)劃過(guò)程涉及前額葉皮層區(qū)域，這是負(fù)責(zé)評(píng)估潛在未來(lái)行為的大腦區(qū)域。這種活動(dòng)隨著繞行的困難而增加。

對(duì)于MRC Brain and Cognition Sciences Unit的劍橋神經(jīng)科學(xué)家Rik Henson來(lái)說(shuō)，該研究是了解海馬在航行中的重要作用。

下一階段將是建立一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

這些計(jì)算模型已被用于解釋嚙齒動(dòng)物中放置細(xì)胞的特性，它將模擬細(xì)胞的發(fā)射并使我們更好地分辨海馬體內(nèi)正在發(fā)生的動(dòng)態(tài)。

認(rèn)知圖，海馬和更廣泛的記憶

已知海馬體在空間記憶的存儲(chǔ)和檢索中是重要的。

“真實(shí)世界導(dǎo)航高度依賴記憶，這項(xiàng)[研究]是海馬在日常記憶中作用的一個(gè)很好的例子，”美國(guó)心理學(xué)家霍華德艾肯鮑姆說(shuō)，他是波士頓大學(xué)記憶與腦中心主任，編輯 -Hippocampus期刊的主要負(fù)責(zé)人。

“觀察到的海馬后部和前部之間的區(qū)別與海馬細(xì)分在記憶的特異性或一般性的不同功能研究中的主要當(dāng)前主題是一致的，表明后海馬處理特定的詳細(xì)記憶，而前海馬處理的一般性回憶的背景。

“如果我問(wèn)你今天早上在哪里，對(duì)于家中的反應(yīng)記憶將由前海馬產(chǎn)生，并且”坐在廚房柜臺(tái)喝咖啡的記憶將由后海馬產(chǎn)生。“

最近在心理學(xué)年度評(píng)論中發(fā)表的Eichenbaum的研究表明，海馬和前額葉皮質(zhì)的相互作用不僅在空間導(dǎo)航中起著重要作用，而且在更廣泛的記憶和體驗(yàn)組織中起著重要作用。因此，海馬體及其相互作用可以代表支持廣泛的事件認(rèn)知圖及其在時(shí)間或其他維度(例如社交空間)中彼此之間的關(guān)系的系統(tǒng)。

“研究結(jié)果證實(shí)了這種導(dǎo)航設(shè)置，前額葉皮層在記憶檢索控制中的作用。眾所周知，前額葉皮層決定反對(duì)的觀念，行為，策略和記憶，“他說(shuō)。“在這項(xiàng)研究中，前額皮質(zhì)參與了判斷路線替代記憶的過(guò)程。”

Spiers和他的同事對(duì)非空間表征感興趣。“我們研究的許多研究表明，海馬體模擬了未來(lái)的普遍性，”斯皮爾斯說(shuō)。

目前，他正在利用他在建筑和城市規(guī)劃中的神經(jīng)科學(xué)專業(yè)知識(shí)來(lái)改善我們建立環(huán)境的方式。

空間導(dǎo)航中的熟悉度和人際差異研究也在進(jìn)行中。