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腦中“地圖”和“指南針”是兩套獨立系統

  • 發佈時間:2015-05-25 01:30:47  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  科技日報北京5月24日電 (記者常麗君)如果有張地圖,你會知道自己在哪,但不知道朝哪個方向;如果有個指南針,你會知道朝哪個方向,但不知道自己在哪。從螞蟻、小鼠到人類,都是用這兩套資訊來確定自己在熟悉環境中的位置。但如果到了不熟悉的環境,它們會怎樣確定這些資訊呢?最近,美國賓夕法尼亞大學研究人員通過小鼠實驗證明,這兩個系統是獨立工作的。相關論文發表在最近的美國《國家科學院院刊》上。

  物理學家組織網報道稱,新實驗是對以往“再定位”實驗的進一步拓展。早在1986年,賓夕法尼亞大學心理學家鄭肯(音譯)等人的再定位實驗顯示,小鼠是利用空間形狀來確定自己的位置,而不是其他資訊(如畫在墻上的條紋)。論文第一作者、該校心理學系研究生喬希瓦·朱利安説,早期研究只用了一個房間,等於小鼠已知自己在哪。實驗表明腦內“指南針”雖然管用,但不會告訴小鼠腦內地圖。

  在新實驗中,研究人員訓練小鼠在兩個矩形房間找食物。兩個房間相同,但畫在北墻上的條紋標記一個是豎條紋,另一個是橫條紋。在豎條紋房間,食物總放在西北角,橫條紋的房間,食物總放在東北角。

  論文合著者亞歷山大·克耐斯説:“小鼠要找到食物必須解決兩個問題:一是‘我在哪個房間?’二是‘我朝著哪個方向?’。理論上,墻上的條紋能告訴小鼠這兩個問題的答案,但實際上並非如此。”

  如果小鼠有一個兼具地圖和指南針功能的再定位系統,就會每次都能利用條紋找到食物。然而它們犯了和過去實驗中相同的方向錯誤。在豎條紋房間,小鼠會猜測西北和東南兩個角落;在橫條紋房間,會猜東北和西南兩個角落。這表明墻上的條紋只提供地圖功能,告訴小鼠它在哪個房間,而房間的幾何形狀提供了“指南針”功能,告訴它是朝著哪個方向。

  “弄清楚自己在哪和朝著哪個方向,這是兩個獨立的系統。”心理係教授拉塞爾·埃普斯坦説,“有些線索只能影響其中之一。因為小鼠在不同房間選擇了不同角落,它們能用墻上的條紋來確定自己在哪個房間,但條紋墻不能告訴它們朝哪個方向。”

  研究人員表示,今後的研究還將收集小鼠腦中“位置細胞”的直接記錄。“位置細胞”和相應的“網格細胞”共同構成了大腦定位系統的基礎。

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