科技日報記者 張夢然
你想過大腦是如何理解周圍世界的嗎？其實，我們的大腦是一個超級聰明的地圖繪制員，無論是幫你在酒店找到正確的房間，還是在辦公樓找到正確的會議室，都涉及到復(fù)雜的信息整合與神經(jīng)計算。這個神奇的“地圖繪制”過程，就發(fā)生在大腦里一個小小區(qū)域——海馬體中，這是大腦負責學(xué)習(xí)和記憶的部分。
“腦海中的地圖”究竟是如何創(chuàng)建的？美國霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所科學(xué)家對這個問題特別感興趣，他們用大視野雙光子顯微鏡技術(shù)觀察了小鼠的大腦，試圖揭開大腦創(chuàng)建“地圖”的秘密。
他們設(shè)計了一系列動物實驗：讓小鼠在兩個看起來幾乎一樣的虛擬走廊里穿梭，每個走廊的某個位置都藏有一個“小驚喜”，如水、食物等作為獎勵，但提示它們在哪里能找到這些獎勵的線索只在開始時給出一點點。
一開始，小鼠并不知道這些線索意味著什么，但是通過不斷嘗試，它們逐漸學(xué)會了根據(jù)提示來判斷哪個位置有獎勵。在這個過程中，科學(xué)家們注意到小鼠大腦中的神經(jīng)元活動發(fā)生了有趣變化。起初，對于兩條走廊，小鼠大腦中的神經(jīng)元反應(yīng)很相似，但隨著學(xué)習(xí)深入，它們開始以不同的方式處理這兩條走廊的信息，即使這兩條走廊在視覺上幾乎一模一樣。
這就像是說，在剛開始的時候，你可能覺得辦公樓里每一層看起來都差不多，但經(jīng)過幾天的探索后，你就能夠輕松地區(qū)分它們并找到你要去的會議室了。因為你的大腦已經(jīng)為樓層繪制了一張獨特的地圖，其中包含的信息有些可能很直觀，比如電梯里顯示的樓層數(shù)；有些可能很微妙，甚至你似乎不曾注意到。
更令人興奮的是，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)有一個名為“克隆結(jié)構(gòu)因果圖”的數(shù)學(xué)模型，能準確地再現(xiàn)這種學(xué)習(xí)過程。這不僅讓人們對大腦的工作機制有了更深理解，也為治療像阿爾茨海默病這樣的記憶障礙疾病提供了新思路，甚至能幫助開發(fā)出更加可靠的人工智能系統(tǒng)。
這項研究就像是打開了通往大腦深處的一扇神秘之門，讓我們得以一窺大腦是如何通過學(xué)習(xí)和記憶來構(gòu)建我們的世界地圖的。而這一切，都是為了幫助我們在復(fù)雜多變的世界中更好地導(dǎo)航。
