Cell:你的推理能力从何而来?

来源: 生物通 / 作者: 2020-09-23
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每天,我们都在做决策。有时,只是一些简单的决策,比如中午吃什么。有时,却是根据一些以往的经验来做出推断性的决策,比如我的朋友去哪儿了?这些推断性决策涉及到大脑的多个区域,但潜在的神经计算却仍然未知。

牛津大学的研究人员近日确定了我们大脑中的细胞如何协同工作,从而汇集不同经历的记忆,让我们能够在日常生活中做出有根据的猜测。通过研究人类和小鼠的大脑活动,他们报告称这一过程发生在大脑的海马区。这项成果发表在《Cell》杂志上。

牛津大学的 Helen Barron 博士称:“在日常生活中,我们经常推断出不同事物之间的联系或关系。例如,我在找我的朋友 Sam。有人告诉我 Ben 在图书馆,而我知道 Sam 和 Ben 形影不离,所以我猜 Sam 也在图书馆。尽管这个过程很重要,但我们还不知道大脑中的细胞如何将不同的经历关联起来。”

研究人员首先将这种能力定位到大脑的海马区,这一区域在学习和记忆中起着重要的作用。他们对人体进行磁共振成像(MRI)扫描,并暂时关闭了小鼠的海马体,从而证明了这一点。

为了发现大脑细胞如何让我们做出有根据的猜测,研究人员开展了一系列实验。他们要求志愿者玩一个 VR 游戏,当他们听到声音(比如流水声)时,他们就会在墙上看到彩色的图片。

之后,他们又玩了另一个游戏,寻找彩色的图片可以帮助他们赢钱。声音与赢钱从未直接关联,但是志愿者开始猜测声音与奖励有关。当他们听到声音时,他们就会开始寻找奖励。

小鼠也参与了类似的实验。研究人员先播放声音,再显示由 LED 灯制成的图片。然后,在任务的另一阶段,如果这些灯打开,小鼠就可以找到糖水的奖励。像人一样,小鼠也开始将声音和奖励联系起来。

以小鼠作为研究对象,研究人员记录了分别代表声音、灯光或奖励的脑细胞活动。当小鼠开始通过灯光推断声音与奖励存在逻辑上的关联时,他们发现细胞按此顺序激活。

不过,在小鼠完成任务后,他们继续监控小鼠。他们发现,小鼠大脑开始跳过中间的 “灯光” 步骤。“声音” 脑细胞与 “奖励” 脑细胞一起变得活跃,将不同经验之间的点点滴滴联系起来。

牛津大学的 David Dupret 博士表示:“这些结果表明,当小鼠在休息的时候,它们的大脑在之前未直接经历的事物之间建立了新的关联。我们认为正是这一过程将有助于它们在将来做出有用的决策。”

“我们认为,人类的过程也很相似,并具有重要意义。这表明休息和睡眠在创造力中起着重要的作用,我们可以从以前的经历中获取知识,来提出最初的想法,”Dupret 说。(生物通 薄荷)

原文检索

Neuronal Computation Underlying Inferential Reasoning in Humans and Mice

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.08.035

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