沒有人會在意我們的大腦是如何記憶空間位置的，比如從沙發(fā)走到冰箱，這仿佛就是我們天生具備的技能。而實際上，在這一過程中，大腦需要處理大量的數(shù)據(jù)，其運算速度比任何超級計算機都要快。加州大學(xué)的三位科學(xué)家以此為研究方向，嘗試利用VR來探索人類是如何感知空間位置的。
當我們在房屋中移動時，會根據(jù)感官輸入信息以快速構(gòu)建心理地圖。我們可能對大腦的這一功能不以為然。然而，空間記憶能力退化是引起包括癲癇和阿爾默茨海默癥在內(nèi)的幾種神經(jīng)疾病中惡化的首要因素。
對空間的普遍認知
加州大學(xué)洛杉磯分校神經(jīng)物理學(xué)家Mayank Mehta致力于研究大腦，特別是關(guān)于海馬體(一種細胞)如何學(xué)習(xí)增強我們對空間和時間的認知。海馬體，又名海馬回、海馬區(qū)、大腦海馬，海馬體位于大腦丘腦和內(nèi)側(cè)顳葉之間，屬于邊緣系統(tǒng)的一部分，主要負責(zé)長時記憶的生成和存儲轉(zhuǎn)換等功能。
Mehta表示：“海馬體是我們大腦的一個特殊部分，主要學(xué)習(xí)和感知空間和時間等抽象概念。海馬體損害將造成許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如抑郁癥、癲癇癥和阿爾茨海默氏癥。”
Mehta指出，如果科學(xué)家們能夠更好地了解海馬體如何感知空間和時間，就可以找出更好的方式地診斷和治療衰弱性神經(jīng)系統(tǒng)疾病。這也是為什么Mehta以及他實驗室的同開展這項研究，并使用vr技術(shù)，以確定神經(jīng)元如何制作空間心理圖并記憶相關(guān)信息。
正如Mehta所指出的那樣，所有動物(包括人類)都“100%認同抽象空間和時間的概念。”并且所有動物都以相同的方式計算它們在空間中的位置。
這種對空間的普遍認知是可能存在的，這是因為一組名為“位置細胞”的海馬神經(jīng)元。當人類及動物在叢林、起居室或迷宮中航行時，海馬神經(jīng)元將以有序的方式發(fā)揮作用，自動提供空間信息。
在現(xiàn)實世界中如何感知空間位置
2014年，三位科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)位置細胞而獲得諾了貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎。然而，即使在它們被發(fā)現(xiàn)之后，科學(xué)家也不確定這些細胞是如何起作用的，比如它們?nèi)绾螌⒐狻⒙曇簟馕掇D(zhuǎn)化為對空間和時間的普遍感知?
為了解決這個問題，Meht決定測試構(gòu)成空間認知的不同感官刺激。這在現(xiàn)實世界中是不可能的，但卻可以在虛擬世界中輕松完成。
為了在控制感官提示的同時測試空間記憶，過去數(shù)十年來，科學(xué)家們使用了“水迷宮”的測試方法：將嚙齒動物放入水池中，然后測試它們游泳到逃生地點的能力。理由是浸沒在水中會阻止干擾感覺輸入，如氣味或聲音。但是“水迷宮”不適合診斷可能患有阿爾茨海默氏癥癥狀的患者，而虛擬迷宮卻沒有那么多限制。
如何利用VR探索動物及人類感知空間的能力
在一項實驗中，研究人員分別比較了小白鼠在現(xiàn)實世界中和虛擬世界中尋找隱藏食物的能力，小白鼠可以使用聲音和氣味進行導(dǎo)航，從而在虛擬迷宮中定位食物。
首先，讓我們介紹下研究團隊。成員包括加州大學(xué)洛杉磯分校神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、計算機科學(xué)、工程和物理學(xué)等眾多跨學(xué)科學(xué)生在內(nèi)。實驗還須重新構(gòu)建一臺虛擬設(shè)備——球形跑步機，并訓(xùn)練小白鼠適應(yīng)虛擬環(huán)境。
調(diào)查結(jié)果令人驚訝。虛擬迷宮中的小白鼠像真正的迷宮中的小白鼠一樣巧妙地發(fā)現(xiàn)了隱藏的食物。事實證明，小白鼠看得很清楚。在虛擬世界中，小白鼠可以使用視覺線索直接驅(qū)動海馬體，這表明他們能夠感知虛擬空間。
盡管如此，海馬體的神經(jīng)活動在虛擬世界中是非常不正常的。海馬體中有超過一半的神經(jīng)元在VR中關(guān)閉，剩下的神經(jīng)元以無序方式激發(fā)，Mehta稱這種模式與小白鼠在導(dǎo)航真實迷宮時的細胞活動“驚人地不同”。
Mehta表示，這些研究表明大腦需要來自多個感官因素的輸入來構(gòu)建空間圖。如果視覺上顯示你正在空間中移動，但聲音和氣味則另有跡象，就像在VR中一樣，神經(jīng)活動變得非常奇怪。鑒于嚙齒動物和人類處理空間時的相似性，人類大腦也會出現(xiàn)類似的結(jié)果。
“VR打破了常規(guī)物理定律，”Mehta說。“VR消除了生物處理不同刺激之間的一致關(guān)系。這導(dǎo)致了大腦中的異常活動模式。”
讓我們意識到大難如何感知空間只是Mehta研究的一個起點。
“我們的大腦，包括海馬體，進化出了感知時間和空間的能力。如果我們能夠理解其感知空間的原理，我們或許可以舉一反三，以此回答人類如何學(xué)習(xí)其他復(fù)雜行為，從而診斷和治療學(xué)習(xí)和記憶障礙。”
來源：新浪游戲
