在杂货店迷路过吗?研究人员更接近于了解它发生的原因

想象一下，你正穿过一家连锁超市，走向乳制品区。

你已经这样做过无数次了:在入口处向右转，远离农产品，走过二十多个过道，里面摆满了罐装汤、盒装通心粉和其他主食。一排排的工业冰箱应该在……大约……这里。

但事实并非如此。

然后你想起来了:你在城市另一头的超市，而不是你家附近的超市。其他东西看起来都一样，但乳制品区位置颠倒了，你走错了商店。

长期以来，研究人员一直在努力研究大脑是如何记忆空间环境的，尤其是那些相似的空间环境——比如同一家连锁超市的两家商店——以及大脑是如何避免混淆的。

亚利桑那大学心理学家的一项新研究表明，大脑对待相似环境的态度可能比对待毫无共同之处的环境更不同。这个概念被脑科学家称为“斥力”。

“在我们的研究之前，我们不知道大脑是如何区分这些东西的，”该研究的资深作者、亚利桑那大学人类空间认知实验室的负责人、科学学院心理学教授阿恩·埃克斯特罗姆说。

埃克斯特伦实验室的博士后李峥(音译)领导了这项研究，并发表在了《中国科学院科学院学报》上自然通讯。

这一发现最终可以帮助科学家更好地理解为什么中风和阿尔茨海默病等疾病会导致定向障碍和空间记忆不良等症状。

埃克斯特罗姆说:“这意味着，这种神经排斥机制可能会随着年龄的增长而受损。”“如果你了解健康、年轻的大脑工作的机制，也许你就能更好地理解神经疾病和衰老带来的一些问题。”

三个虚拟城市，九个虚拟商店

这项研究的27名参与者观看了一段动画视频，视频中有人在三个虚拟城市中行走。这些城市看起来几乎一模一样:每个城市都有一个圆形的绿色区域，中心有一家商店，另外六家商店分布在边缘城市。

每个城市的商店都在同一个地方，但并不是每个城市都有相同的商店。在这三个城市的同一地点都能找到三家门店;另外三家门店只在两个城市;每个城市都有一家独特的商店。

这些视频让参与者从中心的商店到每个城市的其他商店进行虚拟行走。然后，参与者被要求记住每家商店在每个城市的位置，商店之间的关系，以及在某些商店之间步行需要多长时间。他们能够回顾视频，直到他们觉得自己已经记住了三个城市的布局。

然后，参与者被问及有关城市布局的问题，比如哪些商店在哪些城市，以及商店之间的距离有多远。郑和埃克斯特伦说，考虑到这些城市是如此相似，这项任务是具有挑战性的。

那些在测试中得分至少80%的人观看了视频，并再次回答了问题，但这一次是在亚利桑那大学BIO5研究所的核磁共振扫描仪中，该扫描仪拍摄了参与者的大脑图像，使研究人员能够跟踪任务期间的大脑活动。

郑和埃克斯特伦说，研究人员观察到的大脑活动模式往往彼此非常相似，因为城市本身非常相似。

但当参与者被问及出现在多个城市的商店时，他们的大脑的活动令人惊讶的不同——这表明参与者的大脑在对待城市间共享的同一家商店时，甚至比实际上完全不同的两家商店更不同。

郑和埃克斯特伦的研究结果表明，这就是我们的大脑如何在学习新信息和不使用有限的脑力重新学习每天发生的类似过程或经历之间保持微妙的平衡。

埃克斯特罗姆以去餐厅为例。外出就餐的许多方面都是一样的——坐下来，点餐和等待用餐。但是和一个恋人和同事共进晚餐有很大的不同。

埃克斯特罗姆说:“这是对大脑的挑战:我们日常生活中的很多东西都是相似的，所以没有理由利用我们有限的资源重新学习非常相似的经历。”“但与此同时，为了能够学习，我们在日常生活中也有一些事情必须区别对待。”

更多的发现，更多的问题

这项研究也进一步支持了一种理论，即大脑在哪里存储关于两种环境之间相似性的信息。研究表明，这些信息可能保存在前额皮质中，这是大脑前部附近的一个区域，负责管理复杂的功能，如计划和决策。

另一种理论认为，这些信息存储在海马体中，海马体是大脑中在记忆和导航空间中发挥重要作用的部分。人类有两个海马体，每个长约1厘米，位于大脑的两侧大脑耳朵附近。

郑和Ekstom计划将他们的发现应用于更多关于中风和阿尔茨海默病等神经疾病的问题。

埃克斯特罗姆实验室的一个房间最终将成为一个虚拟现实空间，研究人员可以在那里创建一个虚拟超市，以研究老年人或有阿尔茨海默氏症风险的人如何导航和学习新的空间。视频和虚拟现实工具一直被埃克斯特伦的实验室用来研究空间导航和记忆。

这项工作建立在郑在2019年加入埃克斯特罗姆实验室研究空间认知之前在中国神经科学研究中使用的方法之上。

“我之前的工作专注于‘是什么’，”郑说。“来这里是一个研究‘时间’和‘地点’的好机会。”