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原稿来源：约翰·霍普金斯大学新闻网
原稿作者：Jonathan Deutschman
大脑的智慧导航系统
约翰·霍普金斯大学的研究揭示了哺乳动物是如何在移动的过程中，追踪自己的位置和方向。研究结果表明，即使在没有稳定视觉参考地标的情况下，单靠视觉运动线索也能让其大脑调整和重新校准其内部地图。该研究成果已经发表在《自然神经科学》（Nature Neuroscience）杂志上。
Noah Cowan, PhD
Whiting 工程学院机械工程专业教授
机械和生物系统运动实验室(LIMBS)主任
这项研究的共同负责人、Whiting 工程学院机械工程专业教授、机械和生物系统运动实验室（LIMBS）主任 Noah Cowan 博士说：“当你在空间中运动时，有很多相互竞争的感官信息告诉你，你所在的位置，你的运动速度有多快，你的大脑必须对此做出判断。令人惊讶的是，我们的研究结果表明，大脑可以在没有明显外部地标的情况下，进行这种持续的重新定位校准。大脑可以通过它的空间地图调整它内部的速度感，而空间地图的线索完全来自视流，即个人在空间移动时，感知到的视觉运动模式。”
Cowan 博士与约翰·霍普金斯大学 Krieger 艺术与科学学院的 Zanvyl Krieger 心智/大脑研究所和Kavli 神经科学发现研究所的神经科学教授 James Knierim 博士合作完成了该项目。
研究人员举例：当一个人走过一条布满标记的隧道时，他/她的大脑会检测到标记移动的速度，从而帮助他/她估计走过的距离和自己在空间中的相对位置。研究试图确定，改变标记通过步行者的速度或移除标记是否会明显影响大脑的反应。
Cowan 博士说：“我们希望了解大脑如何仅仅根据速度信息来计算‘旅行距离’的机制--大脑海马体中的神经元会'亮起'，就像手机上的导航系统蓝色点阵一样。我们假设，视流与’更新蓝点’之间的关系可以在虚拟现实中重新校准。”
James Knierim, PhD
Krieger 艺术与科学学院
Zanvyl Krieger 心智/大脑研究所；
Kavli 神经科学发现研究所神经科学教授
Knierim 博士解释说：“研究人员的目的是确定人为改变实验室老鼠在虚拟现实系统中接受的光流量，是否可以有效地控制它在认知地图上的位置感。我们发现，利用控制论原理，我们可以仅通过光流线索，精确地控制认知地图，从而证明这种长期以来被预设的（信息）输入确实有被老鼠的路径整合系统所使用。”
研究小组建造了一个虚拟现实穹顶，并在其墙壁上投射出发光条纹。老鼠在巧克力牛奶的诱惑下绕着穹顶行走。这些条纹旨在给啮齿动物的运动速度和它们的大致空间位置，提供潜意识线索。当研究小组将条纹设置成与老鼠迈步时的旋转方向相反时，老鼠的海马反应表明，它们认为自己的移动速度快了一倍，它们的位置感也出现了偏差。一段时间后，当条纹关闭时，研究人员发现老鼠仍然认为自己的移动速度比实际快。
Cowan 博士说：“人们已经知道，哺乳动物的大脑利用地标之间的相对位置来确定空间位置和校准大致的运动速度。但人们不知道的是，在没有任何地标的情况下，哺乳动物的大脑是否会通过心理地图重新校准速度。在没有地标的情况下，你的大脑是如何进行重新校准的，以及它是否会这样做，我们在这项研究中解释了这一点。”
研究结果为两个关键领域提供了宝贵的见解：首先，它们揭示了哺乳动物海马体的功能，海马体是一个与阿尔茨海默病和其他痴呆症有关的脑区；其次，这项研究回答了一个长期存在的问题，即动物如何在世界中导航的基本生物学问题。
Knierim 博士说："由于导航系统与大脑的记忆系统密切相关，我们希望通过了解它是如何绘制这些认知地图的，从而深入了解记忆力是如何在衰老和痴呆过程中衰弱。”
同时，这些研究的结果影响着未来机器人技术的发展。Cowan 博士指出：“这一发现还能为人工智能和机器学习算法的开发提供信息，这些算法旨在将视觉信息与空间表征结合起来，最终为具身认知系统的发展铺平道路。”
更多信息
该研究的共同第一作者还包括：不列颠哥伦比亚大学的 Manu Madhav 博士和 Knierim and Cowan 实验室的博士后 Ravi Jayakumar 博士。
免责声明：此信息仅用于科普目的，不能代替医疗意见。本文由约翰·霍普金斯彭博公共卫生学院发布，未经允许，不得转载。
翻译与编辑：Lin Zhang
资料来源：https://publichealth.jhu.edu/
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原文来源：彭博公共卫生学院
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