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大脑如何导航?以色列科学家用蝙蝠在自己设计的隧道里找答案

国际博览 澎湃新闻 2018-07-13 08:02:31
[摘要]研究负责人、“以色列科技研发大脑”魏茨曼科学研究所的科学家Nachum Ulanovsky,深情地看着这只蝙蝠,他的研究生还为这只蝙蝠提供了一根香蕉。

Nachum走在隧道里。

  Nachum走在隧道里。

  自2016年3月的蝙蝠在这条200米的隧道里首次飞行以来,Nachum和他的学生们收集了来自不同蝙蝠的200多个神经元的数据。这些早期的数据暗示了一些有趣的想法,例如,蝙蝠帮助Nachum发现了负责蝙蝠三维导航的一种新的细胞类型,以及能追踪其他蝙蝠位置的细胞。

  “Nachum的大胆令人印象深刻。”上述诺奖获得者之一、挪威Kavli系统神经科学研究所的Edvard Moser表示, “这是有回报的——他的方法会让重要的新问题得到解决。”

  “如果我们想要真正了解大脑是如何工作的,我们就需要研究能做更多自然任务的动物。”美国最杰出的医学院之一贝勒医学院的神经系统科学家Dora Angelaki说。

  更复杂的迷宫飞行

  今年早些时候,一个私人赞助商提供了450万谢克尔,这是Nachum当时所需资金的一半。他要建造了一个1公里长隧道,拥有更密集的天线。这将允许测量更大的区域,更精确的三维定位。

  这条隧道将有一个15米长的分支,让科学家们研究相同的神经元对短途飞行和长途飞行的反应,以及大脑如何将这两种距离联系在一起。隧道内还安置了空调,酷热的夏天也能进行实验。

  在大鼠和猴子的大脑中研究空间导航和决策的Angelaki表示,“这条隧道和曾经是野生的蝙蝠代表了现实环境和实验室之间的一个有用的折中方案。”

  Angelaki说,“像我这样的行为神经科学家越来越意识到,远离训练有素的实验室动物的大脑是多么的重要。”在典型的实验室实验中,动物被训练成一种非常具体的,通常是不自然的任务。她说,“这可能与动物如何进化出能优化野外觅食的大脑连接完全没有关系。”

  然而, Edvard Moser同时指出,Nachum的蝙蝠毕竟没有像在野外能找到一棵果树的野生蝙蝠那样聪明。他说,“在隧道里飞行和停下并不需要太多的思考。”

  因此,Nachum正在为一个40米宽、60米长的迷宫寻求资金,这个迷宫比足球场的一半略小一些,用来测试蝙蝠的大脑是如何标记更复杂的环境,然后又如何计划和决定导航。

  迷宫将由相互连接的隧道组成。蝙蝠不能轻易看到它的目标,通常是一种食物,比如一根香蕉。相反,它将不得不依赖于它的认知地图上的记忆。Nachum有一系列越来越复杂的实验设想,例如,设定多个目标,或者突然阻断了蝙蝠已经记下的路径。

  蝙蝠如何在几个目标之间做出选择,或者重新计算一条路径,或者当蝙蝠迷失方向时细胞如何反应,Nachum 对这些问题都保持好奇。“大脑中的矢量开始疯狂旋转吗?”他怀疑,“这些都是令人着迷的问题,我们没有答案。”

  值得一提的是,Nachum是一个沉稳的人,但这肯定不是在他谈到蝙蝠的时候。谈论蝙蝠的时候,他的声音会提高好几分贝,整个人神采奕奕。

  “在西方,人们被夜晚的生物吓坏了——在好莱坞电影里,当女主角走进一幢黑暗的建筑,蝙蝠冲出来的时候,你就知道会发生什么不好的事情。”这种恐惧是错误的,Nachum说,“在中国,蝙蝠被认为是一个好兆头。”

编辑:钟梦哲

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