大脑的“GPS系统”可以实时在当前路径和未来路径之间切换

生存往往取决于动物在瞬间做出决定的能力，这种能力依赖于想象不同的未来:如果我被饥饿的捕食者追赶，我是向左拐回家安全，还是向右拐让捕食者远离我的家人?当黄色的树林里有两条岔路，哪一条会把我引向早餐，哪一条会把我变成早餐?两者看起来都差不多，但想象力让一切变得不同。

加州大学旧金山分校的神经科学家在一项关于老鼠在一个简单的迷宫中行走的研究中，发现了大脑是如何产生这种想象中的未来场景的。研究人员说，这项工作不仅为理解大脑如何做出决定，而且为更广泛地理解想象力如何发挥作用提供了新的基础。

“大脑最神奇的能力之一就是想象不在眼前的事物，”洛伦·弗兰克博士说，他是加州大学旧金山分校综合神经科学中心的生理学教授和霍华德·休斯医学研究所的研究员，加州大学旧金山分校卡弗里基础神经科学研究所的联合主任，加州大学旧金山分校威尔神经科学研究所的成员。“想象是决策的基础，但到目前为止，神经科学还没有很好地解释大脑如何实时生成想象的未来，以告知各种日常决策，同时跟踪现实。”

这项新研究于2020年1月30日发表细胞，弗兰克的团队让老鼠探索一个m型迷宫，同时记录海马体中被称为“位置细胞”的神经元的放电情况，这些神经元传统上被认为可以跟踪动物的位置，就像神经GPS系统一样。但当老鼠接近迷宫的一个岔口时，研究人员发现它们的位置细胞活动开始以每秒8次的速度在代表动物的位置之间来回切换当前位置以及两条可供选择的未来道路，仿佛在说:“我在这儿——向左走?”——我在这儿——对吧?”

研究小组还将这一发现扩展到另一种想象场景。除了位置，位置细胞也被认为可以记录动物的移动方向。研究小组发现，代表相反旅行方向的位置细胞也可以极其迅速地来回切换，就好像在说:“我要走这条路，但我也可以转身走另一条路。”

哥伦比亚大学博士后研究员肯尼斯·凯博士说:“细胞在当前路径和可能路径之间的快速切换是毫无疑问的，因为它是如此有规律。”他在弗兰克实验室读研究生时领导了这项研究。“这很令人兴奋，因为速度和一致性正是现实世界中所需要的动物和人类。”

凯和同事们发现，位置细胞在现在和可能的未来之间的振荡似乎并没有直接控制大鼠选择哪条路径的决定，但随着大鼠接近决策点，这种振荡会变得更强。这向研究人员表明，海马体在决策中的作用可能是为大脑的其他部分生成一个想象场景的“菜单”，这些“菜单”可以将这些选项与过去的价值或潜在危险的经验联系起来，然后根据动物当前的驱动力(饥饿或口渴，恐惧或大胆)做出适当的决定。

弗兰克说:“我们认为，这表明海马体不仅负责记录过去和处理现在，还负责想象未来。”“这项研究只是第一步，但它为我们研究想象的场景是如何在动物做决定时在大脑中产生和评估开辟了新的途径。”

研究提出海马体作为想象力来源的新概念

海马体是一种海马形状的结构，位于大脑两侧的颞叶深处，是大脑中研究最密集的部分之一。

海马体损伤——无论是脑损伤还是阿尔茨海默病等疾病——会剥夺人们形成新记忆的能力，这导致20世纪的科学家将海马体描述为大脑的记忆中心。20世纪70年代，科学家发现了海马体地方的细胞当动物探索新环境时，它会自发地创建新环境的地图，然后将这些地图存储起来供以后使用。这一发现被授予了2014年诺贝尔生理学或医学奖，促使科学家们认识到海马体也是一个导航中心，比如说，它让动物找到了回到去年夏天吃黑莓的地方的路。

沿着这些思路，以前的工作弗兰克和其他人的研究表明，位置细胞的活动可以回放动物最近的运动，甚至预测动物下一步可能走向哪里，但这种活动只是间歇性地出现——通常是在动物正在进行的运动中休息或暂停时——积极地考虑下一步行动。

新细胞这项研究首次表明，随着时间的推移，海马细胞如何一致而系统地代表不同的假设场景。研究人员说，这样的系统可以让动物在移动中根据这些想象的选择做出非常迅速的决定，同时还能跟踪动物当前的现实情况。它甚至可以在大脑产生更广泛的假设场景或想法的能力中发挥作用。

凯说:“在现实和可能之间——或者实际和想象之间——有规律地切换，看起来是一个产生大量想法的强大系统，而不仅仅是机械地记忆或预测。”“海马体可能是我们想象能力的根源。”

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