科學家記錄了自由飛行蝙蝠的大腦活動
翰斯·霍普金斯大學的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種研究蝙蝠飛行時大腦的方法，這是第一次記錄當一只流動動物聚焦并重新注意它時會發(fā)生什么。
這一突破性進展使我們能夠看到自然行為動物的大腦中發(fā)生了什么，不受實驗室限制的束縛。由于蝙蝠與包括人類在內(nèi)的所有哺乳動物具有相同的基本大腦結(jié)構(gòu)，今天發(fā)表在eLife雜志上的成就加深了我們對當我們穿越世界時大腦中發(fā)生的事情的理解。
“如果你想了解大腦在現(xiàn)實世界中的運作方式，你必須讓動物以自然的方式在世界各地移動，”共同作者，博士后研究員Melville Wohlgemuth說。“這種沒有電線記錄大腦的想法是全新的。沒有人用它來了解動物如何感知世界并對這些信息作出反應。”
為了研究飛行中的蝙蝠，該團隊首先需要一種無線記錄設(shè)備，這種設(shè)備不會壓低自身重量不到一盎司的動物。
在外部工程公司的幫助下，這種設(shè)備需要大約一年的時間才能開發(fā)出來，然后又需要一年的反復試驗才能完善。該團隊還配備了一個帶有高速攝像頭和一系列麥克風的“飛行室”來接收蝙蝠的回聲定位呼叫。
25年前，當約翰霍普金斯大學的心理學和腦科學教授辛西婭·莫斯(Cynthia Moss)首次夢想研究一只蝙蝠飛行時，這一切都不存在。到目前為止，研究人員僅限于觀察固定動物的大腦，這些動物從事簡單且經(jīng)常做作的行為 - 比如在電腦屏幕上觀看像素。他們可以從不動的蝙蝠的大腦中學習，但人工環(huán)境只能揭示大腦在現(xiàn)實世界中的表現(xiàn)。
在現(xiàn)實世界中，蝙蝠和其他動物通常做的是移動。
“二十五年前，我正在與一位同事談論記錄一只自由飛行的蝙蝠的神經(jīng)活動，他看著我，好像我有兩個腦袋，”莫斯說。“為了實現(xiàn)這一目標，我們需要付出很多努力和技術(shù)進步。”
約翰斯·霍普金斯大學的團隊是世界上第一個無線記錄大腦活動的團隊，也是第一個將動物移動到太空中，將注意力從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體的團隊。蝙蝠產(chǎn)生從物體反彈的高頻聲音，它們聽到回聲“看到”物體在環(huán)境中的位置。
該團隊最終能夠?qū)⒂嘘P(guān)蝙蝠位置，蝙蝠發(fā)聲時間和蝙蝠大腦活動的數(shù)據(jù)結(jié)合起來，以確定哪些物體會引發(fā)神經(jīng)元發(fā)射，從而確定蝙蝠注意的內(nèi)容。
作為一只專注于物體的蝙蝠，研究人員觀察到某些中腦細胞的活動爆發(fā) - 當包括人類在內(nèi)的任何動物轉(zhuǎn)移注意力時，可能會發(fā)生這種情況。
“我們可以看到動物如何與物體相互作用，就像一個人在樹林里行走一樣，”Wohlgemuth說。
最后觀察自由移動的動物的大腦活動對作者來說是巨大的，他們認為將這項技術(shù)用于未來的研究有很大的潛力。
研究生Ninad Kothari說：“當動物真正看到某種東西，然后看到神經(jīng)元發(fā)生火災時，看到大腦中的信號，對我來說是個圣杯。”“隨著這項研究的進行，我們可以從蝙蝠，老鼠和貓頭鷹等動物身上獲取信息，并將其用于人類術(shù)語，以幫助有注意力缺陷的人。”
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