世界的边缘,在我们共同的脑波振荡中

本文来自微信公众号:,作者:Koumoundouos,译者:BX,审校:夏明明,编辑:Orange Soda,头图来源:《盗梦空间》

当人们在探索环境时,大脑产生的与空间认知相关的脑电波都惊奇地相似。这一发现并不是基于传统的静态大脑扫描,而是使用了一种能在人们自由活动时扫描大脑的新装置。

“我们的结果表明人们的大脑为了换位思考创造了一个通用的特征性信号。”来自加州大学洛杉矶分校的神经外科医生南迪娅·萨塔纳(Nanthia Suthana)解释道。

在此前的大鼠实验中,研究人员发现当大鼠在探索一个新环境时,大脑会产生低频脑电波来界定环境的边缘,从而使它们清楚自己的位置。科学家们也在人脑中找到了有着相似作用的脑电波,但在之前的研究中,脑部扫描依赖于保持静止的实验对象,人们只能使用虚拟现实技术来活动。

“我们希望知道在真实环境中,人们是否也通过相似的脑电波来观测与判断他人的位置。但现有技术阻碍了这个问题的研究。”加州大学洛杉矶分校的神经学家马蒂亚斯·斯坦格尔(Matthias Stangl)说道。

所以斯坦格尔的团队创造了一个可移动的大脑扫描仪。这个扫描仪由两部分组成:大脑中植入的电极(intracranial electroencephalography,颅内电极脑电图系统),以及一个装在背包里的电脑。这台电脑会无线连接上这些电极来帮助斯坦格尔团队研究大脑是如何形成和回想空间记忆的。

世界的边缘,在我们共同的脑波振荡中

无线记录设备——Suthana lab/UCLA

他们的研究对象是5位癫痫症患者,为了控制癫痫的发作,这些患者的大脑中已经植入了电极。植入部位为颞中叶(medial-temporal lobe)——编码长期记忆、有意记忆和空间认知的区域。

被试者参与了一个15分钟的导航任务,他们需要找到并记住房间内隐藏目标的位置。接下来15分钟,他们会观察并追踪另一个在相同房间探索的人。每当此人跨过隐藏目标的位置时,被试者需要按下一个按钮。

研究人员发现当被试者靠近一个实体的边界时——比如说一个房间的墙,他们脑中低频脑波的振荡会增强。当被试者在观察他人靠近墙壁时,相同的情况也会发生。

斯坦格尔团队的论文中写道:“我们发现与边界相关的脑波振荡变化,在自我导航和观察他人时惊人地相似。”

近期在大鼠和蝙蝠的研究中,人们也发现了同样一组海马神经元既用于编码它们自己的位置,又用于编码其他动物的位置。

如下图由脑波所表示的空间图像中所示,当被试者关注于寻找目标位置时,脑波的振幅也会上升。

世界的边缘,在我们共同的脑波振荡中

房间边界的可视化脑波强度图,红色代表更强的脑波信号——Suthana lab/UCLA

“我们的结果显示,在某种精神状态时,这种脑波规律也许能帮助我们辨别边界。在这个实验中,是人们在关注并寻找一个目标时。”斯坦格尔说道。

文中所测量到的神经振荡落在一个特定的频率范围中,它们被称为θ波。人们通常在导航时产生这些缓慢又明显的脑电波,所以在这个实验中见到这些脑电波并不意外。

有趣的是,研究人员观察到了一些更加强烈的γ脑波也表现出相似的模式(在不同条件下稍有不同)。γ波是当我们调集更多脑区来努力思考,将过往经验带入工作记忆中时会产生的脑波。

该团队相信,是多组专门编译边界、物体,和其他界限与目标物的神经元产生了他们所观察到的脑电波。对这些神经元的活动更深一步的了解有助于人们拨开脑疾病的迷雾。

同时,令人激动的是其他研究人员也可以使用斯坦格尔团队所发明的可移动脑扫描装置。很快,我们将会了解到更多人们在复杂社会环境中的脑波规律。

*斯坦格尔团队的论文发表于《自然》期刊。原文:

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