脑机接口的新妙用：想象力并非人类独有

本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：糖兽，原文标题：《一个绝妙的实验表明，想象力并非人类独有》，题图来自：视觉中国

在生活和工作中，我们人类常常使用想象力，在脑海中规划最快的上班路径，思考晚餐吃什么，回忆上一次或计划即将开始的会议内容……想象是人类所能做的一件了不起的事。长期以来，想象力被认为是人类独有的一种特征，它涉及到思考一些实际上并没有正在发生的事情。

现在，一项新发表于《科学》杂志上的研究表明，大鼠可能也具有想象力。更具体地说，新的研究结果表明，即使大鼠一动不动地坐着，它们也能像人类一样，在脑海中想象走到一个新的地方，或在脑海中将一个虚拟物品移动到一个新的位置。

探查海马的活动模式

科学家认为，人类的想象力与人脑中的一个名为海马的区域息息相关。海马是脑中负责空间记忆的区域，它储存着与回忆过去的事件和畅享未来的情景有关的地图。

当我们回忆一个地点和事件时，海马会产生特定的活动模式。例如，当我们从一个地方走到另一个地方时，海马会根据位置的不同而呈现出特定的活动模式。在那之后，当我们思考在同样的环境中移动时，海马中就会出现相同的模式。

科学家知道，和人类一样，当啮齿类动物经历地点和事件时，它们脑中的海马也会激活特定的神经活动模式。但他们不知道的是，大鼠能否像人类一样，能够随意控制海马中的这种活动模式。只可惜，长时间以来，科学家一直难以找到合适的方法来探索这一问题。

虚拟现实+脑机接口

在新的研究中，研究人员找到了一种探索动物是否具有想象力的方法。

他们开发了一种结合虚拟现实（VR）和脑机接口（BMI）的新系统。这个系统像是一台实时的“思想探测器”，可以测量神经活动并翻译其含义。他们创建了一个使他们能够解码大鼠的脑信号的“思想词典”，词典中汇编了大鼠在经历某些事件时的活动模式。

在实验中，他们先将电极植入大鼠的脑中，以记录海马的活动。他们让大鼠在一个球形跑步机上行走，并在它们周围放置了一个显示了虚拟现实舞台的360°屏幕。当大鼠在跑步机上行走时，屏幕上会显示它们在虚拟现实舞台中移动。

当大鼠在一个球形跑步机上行走时，它的动作会在周围的360°屏幕上的虚拟现实舞台中显示出来，当大鼠到达目的地时，就会得到奖励。（图/Lai et al， HHMI Janelia Research Campus）

研究人员对大鼠进行了训练，当它们走到了正确的目的地时，就会得到一小口糖水作为奖励。与此同时，当在跑步机上行走的大鼠抵达虚拟现实舞台中的每一个地点时，它们的海马就会产生独特的活动模式。脑机接口系统会记录下这些海马的活动模式，使研究人员可以观察到当大鼠抵达虚拟现实舞台中的特定位置时，有哪些神经元被激活了。

心灵传输者+绝地武士

研究人员推测，大鼠可以仅通过思考每个位置，来复现这些脑模式。为了验证这一推测，他们进行了另外两项实验，并将那两项实验分别称为“心灵传输者”和“绝地武士”。

在“心灵传输者”任务中，他们断开了跑步机，让脑机接口将大鼠的神经活动转化为屏幕上的动作，当大鼠重现了与特定位置相关的海马活动模式时，就会获得奖励。换句话说，在这项任务中，大鼠只需要通过想象在虚拟现实舞台上穿行，来获得奖励。这种思维过程是人类经常经历的。

在“绝地武士”任务中，被固定在一个虚拟位置的大鼠需要仅凭想象，将一个虚拟物体“移动”到一个位置。原地不动的大鼠可以通过控制它的海马活动，在虚拟现实舞台中将物体“移动”到目标地点。这就像是坐在办公室里的人可能会想象拿起咖啡机旁边的一个杯子，然后把它装满咖啡一样。然后，研究人员会改变目标地点的位置，让大鼠产生与新位置相关的活动模式。

大鼠的想象力

实验结果表明，在接受测试的四只大鼠中，有三只能够出色地完成虚拟现实任务。它们可以像人类一样，在精神上去往它们曾去过的环境，而且它们似乎也能将思维停留在一个特定的地方几秒钟的时间，这个时间长度与人类重温过去的事件或想象新的场景时类似。

这意味着，大鼠也和人类一样，可以想象眼前没有的地方和物体，并依靠想象前往一个地方，或者依靠想象把一个物体移动到一个特定的位置。换句话说，大鼠和人类一样，拥有某种形式的想象力。

此外，这项研究还表明，脑机接口可以用来探测海马活动，为研究这个重要的脑区提供了一个新的系统。

参考来源

https://www.janelia.org/news/rats-have-an-imagination-new-research-suggests

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh5206

本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：糖兽