当老鼠跑下一根短的平衡木,偶尔停下来用鼻子戳一个喷泉时,它们的大脑知道有什么东西掉了。

在海马体内部,一个大脑区域记录这些故事在你的生活中,神经元会引发一种奇怪的电波,这种电波会冲刷这个区域,改变它的正常节律。

你看,老鼠跑进来了虚拟现实(虚拟现实),一个如此丰富和逼真的老鼠“爱跳进去,快乐地玩游戏,”梅扬克博士说。梅塔,洛杉矶加利福尼亚大学,资深作者一篇新论文在里面自然神经科学. 令人震惊的是,他们的大脑对虚拟现实做出了独特的反应,这种反应可能会影响我们的学习、记忆,甚至治疗诸如老年痴呆症.

“这是一项具有巨大潜力的新技术梅塔。”我们进入了一个新的领域。”

脑电海洋

如果大脑是地球,那么大脑区域就是各个国家或地区。

在一个大脑区域内,神经元通常形成处理局部问题的“政府”。例如,视觉皮层有多个层次,逐渐处理我们看到的东西。运动皮层控制着我们肌肉的每一部分如何运动。海马体处理我们在太空中的位置记忆,我们把车和钥匙放在哪里的记忆,以及类似于什么时候我最后一次看到我的手机了吗?”

然而,要让多个大脑区域结合在一起,大脑有一个诀窍:电波在不同区域振荡。作为“神经外交官”,这些波在大脑中传递大量的信息,协调相隔很远的神经活动,确保每个区域在同一页上。脑电波的四种主要类型是根据它们的振荡速度来划分的,类似于根据天气情况海浪撞击海岸的频率。

你可能听说过一些。例如,当你专注和投入时,β波会支配你的大脑。阿尔法波是当你在沙发上喝着一杯热茶的时候。其他脑电波作为治疗老年痴呆症的一种手段,他们的研究表明,他们不仅是连接大脑区域的大使,而且是伪装的无国界医生。

但对于记忆研究人员来说,θ波是关键。这些都是相对缓慢的波,在你的白日梦中,或者在一个伟大的跑步过程中,或者沐浴在一个完全放松的头脑中。席卷海马体的θ波,在大脑中触发了一种倾向于思想流动的状态-à这种状态对我们的学习和记忆能力以及可塑性至关重要,可塑性是大脑适应新奇事物的能力。θ波和其他脑电波一起帮助我们回忆起在老年痴呆症中经常丢失的个人记忆。

梅塔问道:“如果这种节奏如此重要,我们能用一种新颖的方法让它变得更强吗?”我们能重新调一下吗?”

进入虚拟现实

那么虚拟现实和什么有什么关系呢?

回答:一堆。θ波经常冲刷海马体,这有助于你记住与空间有关的事情,或者你如何在空间中导航。这就是为什么阿尔茨海默病患者容易迷路,Mehta说,因为与海马体及其神经元的连接逐渐受损。

虚拟现实在虚拟空间中打开了一个体验的世界,可以“再训练”海马体。作者猜测,通过利用θ波,我们或许能够减轻痴呆症患者的认知损伤。

但这都是理论。第一步是弄清楚大脑对虚拟现实的反应。

该团队首先构建了一个虚拟环境,看起来尽可能接近真实世界,而不必潜入神秘的山谷。而且(不幸的是),没有,老鼠没有戴超小型啮齿动物虚拟现实耳机。更确切地说,这个装置是投射在一个房屋内的。它有一条七英尺长的跑道,有明显的色带和来自环境的线索。想想海边,圣克鲁斯-美国-类型小丑屋装饰。

在一个巧妙的转变中,研究小组还构建了一个完全模仿虚拟现实世界的真实游戏笔,以观察老鼠的大脑在虚拟现实和真实世界之间的反应。

在多达7只老鼠身上,研究小组将一个由近1000个或超过1000个电极组成的超驱动装置植入它们的海马体两侧,每个电极都比人类头发的宽度小得多,以监测它们的电活动。与之前的研究类似,当老鼠在虚拟现实和真实世界中跑步时,研究小组在海马中看到了θ波。

然后就奇怪了。当老鼠在虚拟现实中跑得更快时,啮齿动物确实喜欢一次很好的跑步,它们的海马开始以一种特殊的模式起伏,比正常的θ波慢一半。作者称之为“埃塔乐队”,这是以前很少见到的。Eta扮演着某种内部FitBit的角色,只有当老鼠在奔跑时才会上网,但一旦它们扑通一声进入沙发土豆模式,Eta就会消失。

为虚拟现实而调整

撇开Eta波不谈,在虚拟现实中跑步的老鼠与在现实世界中跑步的老鼠相比,他们的θ波也增强了。

梅塔说:“当我们看到虚拟现实体验对θ节奏增强的巨大影响时,我们被震撼了。”。第一次,虚拟现实导致海马体的处理过程似乎与我们日常生活中不同。

一个想法,作者说,可能是虚拟现实有不同的感官输入比现实世界。在实际探索我们的世界时,我们有来自皮肤、视觉、鼻子、耳朵和许多其他感官的输入,这是虚拟现实所没有的。这使得虚拟现实能够刺激θ波和较慢的eta波变得更加奇怪,因为在虚拟现实中,我们主要依靠视觉进行反馈。

但显而易见的是,大脑对虚拟现实和现实世界的反应方式不同。深入研究原因,研究小组发现同一个神经元可以同时支持两个不同的脑电波θ和eta。神经元看起来有点像甜菜,有丰富的、密集的“根”作为输入,球根状的身体和一个单一的输出分支。输入根是θ波的关键,但球根体似乎支持eta波。

“那真是令人兴奋,”梅塔说神经元的两个不同部分以自己的节奏运动。”

结论呢?大脑比我们想象的要复杂得多。一个趋势是神经科学目的是研究输入分支如何比神经元体有独立的计算,以便我们更好地理解和模拟我们的大脑。有了虚拟现实,作者偶然发现了一个强大的工具。

把大脑解码放在一边,埃塔波的发现可能会改变我们对大脑学习能力的了解。作者认为,Eta波可以将海马体内的活动解析为“平行的信息处理流”,因为这些波比典型的学习相关的θ波慢,它们可能会分解学习的部分,让我们在虚拟现实中学习和记忆更多。

“因此,虚拟现实可以用来治疗学习和记忆障碍,”作者说。

图片来源:Dung Tran公司/皮克斯湾

范雪莱(Shelly Xuelai Fan)是一位由神经科学家转变为科学作家的人。她在英属哥伦比亚大学完成了神经科学博士学位,在那里她开发了新的治疗神经退行性疾病的方法。在研究生物大脑的时候,她对人工智能和所有生物技术都着迷了。毕业后,她搬到加州大学旧金山分校研究使老年人大脑恢复活力的血液因素。她是。。。

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