謝謝主持人的介紹，非常榮幸能夠參與腦客中國(guó)這個(gè)腦科學(xué)活動(dòng)中，成為第三十一位講者。今天給大家?guī)?lái)的題目是神經(jīng)振蕩在人類空間記憶和恐懼習(xí)得中的作用機(jī)制，內(nèi)容主要是我們這幾年開(kāi)展的一些工作。
01研究基礎(chǔ)
我們?nèi)四X是由非常多的神經(jīng)元所組成，每個(gè)神經(jīng)元之間通過(guò)軸突相連構(gòu)成了一個(gè)非常龐大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)元之間的傳導(dǎo)通常是利用動(dòng)作電位。
復(fù)雜的行為往往需要一群神經(jīng)元集群的放電來(lái)支撐，這群神經(jīng)元集群的放電會(huì)導(dǎo)致我們細(xì)胞膜的膜電位發(fā)生一些改變，有時(shí)是興奮的，有時(shí)是抑制的。如左下圖所示，對(duì)應(yīng)的膜電位就是興奮會(huì)升高、抑制會(huì)降低。
所以在一群神經(jīng)元集群周圍通過(guò)放電會(huì)形成了不同節(jié)律的震蕩。如右下圖所示，根據(jù)震蕩的周期，將它們命名為Delta、Theta、Alpha等以及更高頻的一些震蕩。很多的技術(shù)手段都可以記錄這些信號(hào)，包括頭皮腦電這些單電機(jī)的信號(hào)。
在大腦研究中，研究尺度的跨度是非常大的，上面這個(gè)軸可以看到，從最左邊的一米到最右邊的納米。宏觀尺度一般使用功能磁共振、腦電圖等設(shè)備，研究的尺度是厘米、毫米級(jí)的；微觀尺度是利用顯微成像、光學(xué)成像等技術(shù)基礎(chǔ)，可以看到一些疏通肌，甚至突觸形態(tài)的改變，它的尺度就是微米級(jí)和納米級(jí)的；還有介觀尺度，這個(gè)尺度基本上就是探討神經(jīng)元水平，包括神經(jīng)元群水平的一些特性，它的尺度基本上在毫米和微米級(jí)的。我們所感興趣的就是在中間這個(gè)介觀尺度上的一些神經(jīng)活動(dòng)的特征。
02空間導(dǎo)航行為
今天給大家主要介紹一下人的兩個(gè)功能性功能的特點(diǎn)。首先是導(dǎo)航行為，導(dǎo)航行為是跨物種、具有非常強(qiáng)保守性的，不管是動(dòng)物覓食還是我們?nèi)巳粘Ｉ钪械耐ㄇ谛袨椋忌婕暗綄?dǎo)航行為的規(guī)劃。比方說(shuō)這個(gè)圖上展示的從A點(diǎn)到B點(diǎn)有兩條不同的路線，在不熟悉場(chǎng)景的情況下，我們會(huì)選擇不一定是最優(yōu)的路線，但是當(dāng)我們對(duì)環(huán)境非常熟悉的情況下，我們會(huì)選擇從起點(diǎn)到終點(diǎn)最佳的路線，這條最佳路線不一定是距離最短，但一定是效率最高的。比如高峰期的情況下，我們會(huì)選擇避開(kāi)最短路線，可能會(huì)選擇一條稍微長(zhǎng)一點(diǎn)但是通行時(shí)間比較短的路線。
在整個(gè)導(dǎo)航規(guī)劃過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)有很多的信息大腦需要處理，包括它的位置、朝向、距離等信息，這些外界的刺激會(huì)在我們大腦中進(jìn)行整合，因此我們會(huì)根據(jù)所接收到的信息規(guī)劃我們的路線選擇。
關(guān)于空間導(dǎo)航行為的研究歷史實(shí)際上已經(jīng)很長(zhǎng)了，上世紀(jì)五十年代，Tolman就在動(dòng)物上進(jìn)行了相關(guān)研究。左圖就可以看到，用s表示起點(diǎn)，reward表示終點(diǎn)，將齒類動(dòng)物放在起點(diǎn)。一開(kāi)始它不知道哪條路可以過(guò)去，所以它從起點(diǎn)出來(lái)之后，他可能會(huì)搜索一些路線，發(fā)現(xiàn)了這樣一條路線——先上去，然后左拐再直行、最后右拐到達(dá)reward。
當(dāng)小鼠學(xué)會(huì)這么一個(gè)行為后，它會(huì)獲得起點(diǎn)和reward地點(diǎn)之間的相對(duì)位置關(guān)系，再通過(guò)關(guān)閉之前路線的最初管道，開(kāi)啟諸多不同方向上的管道，小鼠會(huì)根據(jù)它之前在大腦內(nèi)所形成的起點(diǎn)和reward地點(diǎn)的相對(duì)位置關(guān)系從這新開(kāi)的這些管道中選擇一條最短的到達(dá)reward地點(diǎn)。
這個(gè)行為引發(fā)了Tolman的思考。他認(rèn)為小鼠可能在大腦內(nèi)已經(jīng)形成了一種地圖，那么這個(gè)地圖刻畫(huà)出了起點(diǎn)到終點(diǎn)之間的這種位置關(guān)系，他將它稱為connection map，也就是我們說(shuō)的認(rèn)知地圖。
注：上述內(nèi)容在征得王亮老師同意后，在不改變?cè)獾那闆r下進(jìn)行的部分文字整理。觀看完整視頻內(nèi)容請(qǐng)掃描下方二維碼或點(diǎn)擊閱讀原文觀看。
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