加州大学洛杉矶分校的科学家观察了老鼠在虚拟现实迷宫中行走时大脑中大量神经元的活动
学分:梅塔实验室/加州大学洛杉矶分校 科学家们早就知道大脑中被称为海马体的区域对记忆、学习和导航很重要
现在，由神经物理学家梅兰克·梅塔领导的加州大学洛杉矶分校实验室的科学家们对海马体如何在电路水平上工作有了更深入的了解——也就是说，涉及数百万神经元网络的功能
这一知识可能是开发神经疾病治疗方法的重要一步，如阿尔茨海默氏病、精神分裂症和癫痫，所有这些疾病都与海马体的功能障碍有关
在他们发表在《自然》杂志上的最新研究中，科学家们在虚拟现实迷宫中研究老鼠
在观察每只动物海马体中大量单个神经元的活动时，科学家发现这些神经元的反应揭示了一种特定的导航机制
该研究的主要作者、现居纽约大学的前加州大学洛杉矶分校博士后学者杰森·摩尔说:“海马体是最早受到阿尔茨海默氏症等基于记忆的疾病影响的区域之一。”
“因此，了解它的功能、灵活性和局限性至关重要
" 这项研究可能有助于解释为什么海马体受损的人不仅要努力完成所谓的空间任务，比如找到回家的路或找到丢失的钥匙，还要努力完成记忆任务，比如回忆午餐吃了什么或是否服用了日常药物
实验使用了一种在梅塔实验室开发的虚拟现实系统
这项技术旨在让动物保持舒适，避免引起头晕和其他其他虚拟现实系统可能引发的症状
在这项研究中，老鼠被放在一个盒子里的小跑步机上，盒子壁上投射着迷宫的图像
老鼠被鼓励跑过迷宫去寻找它们的奖励，一滴糖水
为了获得奖励，老鼠需要辨别它们与周围虚拟物体的关系，它们需要去哪里接受奖励，以及目的地有多远
对几只动物进行了多次测试，使研究人员能够观察到当老鼠学会在迷宫中导航时，神经元的反应是如何变化的
科学家们观察到，海马神经元编码了动物位置的多个方面——它在太空中的位置、它的身体相对于奖励的角度以及它沿着路径移动了多远——这种现象被称为“多路复用”
" 这一发现意义重大，因为人们普遍认为海马体中的神经元只编码位置
加州大学洛杉矶分校神经病学、神经生物学和物理学教授梅塔说:“我们发现，在虚拟迷宫中，神经元携带的关于老鼠位置的信息非常少。”
“相反，大多数神经元为导航的其他方面进行编码，例如行进的距离和身体前进的方向
" 科学家还观察到，随着老鼠在迷宫中获得经验，它们的神经元会更加可靠和准确地“记住”迷宫
过去25年来，梅塔实验室和其他地方的研究表明，神经元活动(或神经可塑性)的这种变化是通过神经科学家称之为Hebbian学习的过程发生的
这一过程由一种名为NMDA的神经化学物质介导，NMDA是用于治疗神经疾病的药物的常见靶点
梅塔说，科学家在老鼠身上观察到的神经可塑性很可能是由于赫布比安跨越数十亿个突触的学习
当研究人员给动物注射抑制其NMDA的物质时，这一结论得到了进一步证明，NMDA会损害它们在迷宫中的表现
梅塔说:“值得注意的是，神经可塑性在虚拟现实环境中比在更简单的现实世界迷宫中要大得多。”
“此外，这种增强的神经可塑性与表现有关
" 加州大学洛杉矶分校的杰西·库斯曼、拉瓦尼亚·阿查里亚和陈伶俐·波彭伊以及几名加州大学洛杉矶分校的本科生也参与了这项研究
在未来的研究中，梅塔和他的同事将对老鼠和有记忆障碍的人进行类似的研究，以测试虚拟现实能否用于早期诊断和评估药物的有效性
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