新研究发现老鼠有想象力

作为人类，我们生活在自己的想法中：从思考晚餐做什么到幻想我们上次的海滩度假。现在，霍华德休斯医学研究所珍妮莉亚研究园的研究人员发现，动物也拥有想象力。

李和哈里斯实验室的一个团队开发了一种结合虚拟现实和脑机接口的新颖系统来探测老鼠的内心想法。

他们发现，像人类一样，动物可以思考不在它们面前的地方和物体，用它们的思想想象步行到某个位置或将远程物体移动到特定地点。

与人类一样，当啮齿类动物体验地点和事件时，海马体(大脑中负责空间记忆的区域)中特定的神经活动模式会被激活。这项新研究发现，老鼠可以自愿产生这些相同的活动模式，并通过这样做来回忆远离当前位置的偏远地点。

哈里斯和李实验室的博士后、描述新发现的论文的第一作者赖崇熙说：“老鼠确实可以激活环境中地点的表征，而无需前往那里。”“就算他的肉身固定，他的空间意念也能去到很遥远的地方。”

这种想象远离当前位置的位置的能力对于记住过去的事件和想象未来可能的场景至关重要。因此，该研究的作者表示，这项新研究表明动物和人类一样拥有某种形式的想象力。

“想象是人类能做的一件了不起的事情。现在我们发现动物也能做到这一点，并且我们找到了一种研究它的方法，”Janelia前组长、现任HHMI研究员AlbertLee说道。在贝斯以色列女执事医疗中心。

一种新颖的脑机接口

该项目始于九年前，当时莱以研究生身份来到珍妮莉亚，他的想法是测试动物是否能够思考。他的顾问珍妮莉亚高级研究员蒂姆·哈里斯(TimHarris)建议赖走到大厅与李聊天，李的实验室也有类似的问题。

实验室共同开发了一个系统来了解动物在想什么——一个实时的“思想探测器”，可以测量神经活动并翻译它的含义。

该系统使用脑机接口(BMI)，提供大脑活动和外部设备之间的直接连接。在该团队的系统中，BMI在老鼠海马体的电活动与其在360度虚拟现实竞技场中的位置之间建立了联系。

海马体存储着世界的心理地图，用于回忆过去的事件和想象未来的场景。记忆回忆涉及与地点和事件相关的特定海马活动模式的生成。但没有人知道动物是否能够自愿控制这一活动。

BMI使研究人员能够测试老鼠是否能够激活海马体活动，只考虑竞技场中的某个位置，而无需实际前往该位置，本质上是检测动物是否能够想象去该位置。

接下来，研究人员断开跑步机的连接，并奖励老鼠重现与目标位置相关的海马活动模式。在这项以2008年同名电影命名的“Jumper”任务中，BMI将动物的大脑活动转化为虚拟现实屏幕上的运动。从本质上讲，动物首先思考他们需要去哪里才能获得奖励，从而利用其思想来导航到奖励。图片来源：赖崇熙

探究老鼠的内心想法

一旦开发出系统，研究人员就必须创建“思想词典”，以帮助他们解码老鼠的大脑信号。这本字典汇编了老鼠经历某些事情时的活动模式——在本例中是在VR竞技场中。

这只老鼠被用在由Lee实验室博士后ShinsukeTanaka设计的VR系统中。当老鼠在球形跑步机上行走时，它的运动会在360度屏幕上进行转换。当老鼠到达目标时，它就会得到奖励。

同时，BMI系统记录大鼠的海马活动。研究人员可以看到当老鼠在竞技场中到达每个目标时哪些神经元被激活。这些信号为实时海马体BMI提供了基础，大脑的海马体活动会转化为屏幕上的动作。

接下来，研究人员断开跑步机的连接，并奖励老鼠重现与目标位置相关的海马活动模式。在这项以2008年同名电影命名的“Jumper”任务中，BMI将动物的大脑活动转化为虚拟现实屏幕上的运动。

从本质上讲，动物首先思考他们需要去哪里才能获得奖励，从而利用其思想来导航到奖励。这种思维过程是人类经常经历的事情。例如，当我们被要求去一家熟悉的商店买杂货时，我们可能会想象在离开家之前我们会经过的地点。

在第二个任务中，“绝地”任务(向《星球大战》致敬)中，老鼠仅通过意念将物体移动到某个位置。老鼠被固定在一个虚拟的地方，但通过控制它的海马体活动，将一个物体“移动”到VR空间中的目标，就像坐在办公室里的人想象的那样，在咖啡机旁边拿一个杯子，然后往里面倒满咖啡。。然后研究人员改变了目标位置，要求动物产生与新位置相关的活动模式。

研究小组发现，老鼠可以像人类一样精确而灵活地控制其海马活动。这些动物还能够维持这种海马体活动，将它们的想法停留在给定位置很多秒——这个时间范围类似于人类重温过去的事件或想象新场景的时间范围。

哈里斯说：“令人惊奇的是，老鼠如何在很长一段时间内学会思考那个地方，而不是其他地方，这是基于我们(也许是幼稚的)老鼠注意力持续时间的概念。”

研究还表明，BMI可用于探测海马体活动，为研究这一重要的大脑区域提供了一种新颖的系统。作者表示，由于BMI越来越多地应用于假肢，这项新工作也为基于相同原理设计新型假肢装置提供了可能性。