大腦回路如何在不同行為之間切換

即使在日常散步這樣的日常任務中，我們的大腦有時也需要換檔，從在城市中導航切換到跳過自行車或過馬路與朋友打招呼。這些開關帶來了挑戰(zhàn)：大腦的電路如何處理這種動態(tài)和突然的行為變化?今天發(fā)表在《自然》雜志上的魏茨曼科學研究所關于蝙蝠的研究提出了一個不符合關于大腦功能的經典思維的答案。

“大多數大腦研究項目一次只關注一種行為，因此對大腦處理動態(tài)變化的行為需求的方式知之甚少，”魏茨曼腦科學系的 Nachum Ulanovsky 教授說。在這項新研究中，他和他的團隊設計了一個實驗裝置，模擬現實生活中的情況，動物或人類迅速從一種行為轉變?yōu)榱硪环N行為——例如，從導航到避免捕食者或車禍。研究生 Ayelet Sarel 博士、Shaked Palgi 和 Dan Blum 與博士后研究員 Johnatan Aljadeff 博士合作領導了這項研究。該研究由 Ulanovsky 和副研究員 Liora Las 博士共同監(jiān)督。

研究人員使用微型無線記錄設備監(jiān)測成對蝙蝠大腦中的神經元，它們必須避免相互碰撞，同時沿著一條 135 米長的隧道以每秒 7 米的高速飛行。這相當于每秒 14 米或每小時約 50 公里的相對速度——即蝙蝠之間的距離接近的速度，或兩個蝙蝠速度的總和。

為了檢查在這些情況下蝙蝠是否改變了他們的行為模式，變得更加專心，研究人員利用了蝙蝠使用聲納或回聲定位來感知環(huán)境的獨特能力。事實上，當發(fā)現另一只動物快速飛向它們時，蝙蝠會迅速提高回聲定位點擊率，這意味著注意力水平提高了。隨著他們注意力的增加，蝙蝠海馬體中的神經回路發(fā)生了快速變化，海馬體是負責導航的主要大腦區(qū)域，以及其他功能?？茖W家們通過記錄該區(qū)域單個神經元(稱為位置細胞)的電信號發(fā)現了這種轉變。

當蝙蝠單獨飛行時，它們的位置細胞編碼了它們在太空中的位置，但一旦動物發(fā)現另一只快速接近的蝙蝠，海馬體中超過一半的神經元(約 55%)就會切換模式。科學家們可以判斷出神經開關已經發(fā)生，因為神經元的放電模式發(fā)生了變化，這表明它們現在不僅編碼了蝙蝠自己的絕對位置，而且還編碼了一個相對測量值：與另一只蝙蝠的距離。動物的注意力越高，神經開關就越明顯。令科學家們驚訝的是，這種轉變發(fā)生得非常迅速，大約在 100 毫秒或十分之一秒內。快速接近的蝙蝠是常規(guī)的、熟悉的伙伴還是僅僅是“熟人”對神經編碼沒有影響，

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