本文的结构
1. 从统计学的角度观测女生在野外活动(含单独野外活动)遇难的高频率
2. 分析导致这种现象的本质原因
为了激发大家的积极思考和讨论,我决定只先放出第一部分,让大家自己先探索一下为什么如此,然后我再给出自己的结论,如果谁的结论和我的一致,我就给他颁奖
不需要有这种担心。国内我发现女的只在热门地点出现。
基于以上文章所提供的证据,可以结论男女大脑的定位系统差异导致了两者在空间感以及方向辨识能力上的巨大差距,而这种差距是因为漫长的进化过程所导致
Male Brain Excels in Navigation Study
By MALCOLM RITTER
Men are generally better than women at finding
their way in unfamiliar settings, and use different parts of the
brain to do it, a study suggests.
As for why men can’t seem to ask for directions, however, that will have to await another study.
The findings add a biological counterpart to prior research that indicated men and women tend to use different strategies to navigate.
In the newer experiment, researchers scanned the brains of 12 men and 12 women as they tried to escape a three-dimensional virtual-reality maze. The volunteers pushed buttons to move their virtual selves left, right or ahead.
Results Fit With Previous Studies
In the real world, that might be like trying to find a specific place in an unfamiliar city, said neurologist Dr. Matthias Riepe of the University of Ulm in Germany.
The men got out of the maze in an average of 2 minutes and 22 seconds, vs. an average of 3 minutes and 16 seconds for the women. That fits with previous studies in animals and people that suggest males navigate better in an unfamiliar environment.
The brain scans found that while both sexes used some of the same parts of the brain for the task, there were also some differences. Riepe and colleagues describe the results in the April issue of the journal Nature Neuroscience.
One difference involved the hippocampus, a banana-shaped structure deep in the brain that is crucial for navigation. Just last week, other scientists reported that male London taxi drivers show structural changes in the hippocampus, apparently because of their professional experience.
People have a hippocampus in each side of the brain. Riepe’s study found that both sexes used the right hippocampus in negotiating the maze. But only men used the left hippocampus. Conversely, women used an outer part of the brain called the right prefrontal cortex, while men in the study didn’t.
That might reflect differences in how men and women handle information about the space around them, Riepe and colleagues said.
Experience Changes Brain
Prior work suggests that women rely mostly on landmarks to navigate (“Turn right at the drugstore, then left at the grocery”) while men lean toward using geometry, as one would figure from a map (“The museum should be over that way”).
The women’s activity in the cortex might reflect the effort of keeping landmark cues in mind, while the hippocampus activity in the men might be needed for the geometric approach, the researchers said.
Riepe said his study could not explore whether the brain differences are learned or biologically programmed. But he said he suspects the latter, because they also appear in rats.
Diane Halpern, a psychologist at California State University in San Bernardino and an expert on gender differences in thinking, noted that sex differences in brain activity have been observed for other tasks, such as reading.
So it’s not surprising to find another example, she said. Such differences probably result from both experience and programmed influences, because the brain changes in response to experience, Halpern said.
She also stressed that women generally outperform men in some mental tasks — such as creating of a list of words that begin with a given letter — so one can’t say that men are generally smarter than women.
Riepe said his study couldn’t explain the popular notion that men are more reluctant than women to ask for directions when lost.
“That’s a different story, I think,” he said.
Men have better sense of direction than women, study suggests
Different approaches to the same navigational tasks underscore sex-linked differences
Date:
December 7, 2015
Source:
Norwegian University of Science and Technology
Summary:
Researchers studied women and men using fMRI during wayfinding tasks in a recently learned virtual environment. Men consistently performed better than women. When women were given a drop of testosterone under their tongue, however, their ability to orient themselves along the four cardinal directions improved.
The lines show how men and women navigated a route. The blue lines are the women's routes, and the red lines are the men's. The lines show that the men arrived faster and solved more tasks.
Credit: NTNU
It's been well established that men perform better than women when it comes to specific spatial tasks. But how much of that is linked to sex hormones versus cultural conditioning and other factors?
Researchers at the Norwegian University of Science and Technology (NTNU) decided to explore this idea by administering testosterone to women and testing how they performed in wayfinding tasks in a virtual environment.
Using fMRI, the researchers saw that men in the study took several shortcuts, oriented themselves more using cardinal directions and used a different part of the brain than the women in the study.
But when women got a drop of testosterone under their tongue, several of them were able to orient themselves better in the four cardinal directions.
"Men's sense of direction was more effective. They quite simply got to their destination faster," says Carl Pintzka, a medical doctor and PhD candidate at NTNU's Department of Neuroscience.
The directional sense findings are part of his doctoral thesis on how the brain functions differently in men and women.
Puzzle solving in a 3D maze
Pintzka used an MRI scanner to see whether there are any differences in brain activity when men and women orient themselves. Using 3D goggles and a joystick, the participants had to orient themselves in a very large virtual maze while functional images of their brains were continuously recorded.
Eighteen men and 18 women first took an hour to learn the layout of the maze before the scanning session. In the MRI scanner, they were given 30 seconds for each of the 45 navigation tasks. One of the tasks, for example, was to "find the yellow car" from different starting points.
Women often use a route
The men solved 50 per cent more of the tasks than the women.
According to Pintzka, women and men have different navigational strategies. Men use cardinal directions during navigation to a greater degree.
"If they're going to the Student Society building in Trondheim, for example, men usually go in the general direction where it's located. Women usually orient themselves along a route to get there, for example, 'go past the hairdresser and then up the street and turn right after the store'," he says.
The study shows that using the cardinal directions is more efficient because it is a more flexible strategy. The destination can be reached faster because the strategy depends less on where you start.
Women have better local memory
fMRI images of the brain showed that both men and women use large areas of the brain when they navigate, but some areas were different. The men used the hippocampus more, whereas women used their frontal areas to a greater extent.
"That's in sync with the fact that the hippocampus is necessary to make use of cardinal directions," says Pintzka.
He explains the findings in evolutionary terms.
"In ancient times, men were hunters and women were gatherers. Therefore, our brains probably evolved differently. For instance, other researchers have documented that women are better at finding objects locally than men. In simple terms, women are faster at finding things in the house, and men are faster at finding the house," Pintzka says.
A little testosterone under the tongue
Step two was to give some women testosterone just before they were going to solve the maze puzzles.
This was a different group of women than the group that was compared to men. In this step, 42 women were divided into two groups. Twenty-one of them received a drop of placebo, and 21 got a drop of testosterone under the tongue. The study was double-blinded so that neither Pintzka nor the women knew who got what.
"We hoped that they would be able to solve more tasks, but they didn't. But they had improved knowledge of the layout of the maze. And . And they used the hippocampus to a greater extent, which tends to be used more by men for navigating," says Pintzka.
Losing one's sense of direction is one of the first symptoms in Alzheimer's disease.
"Almost all brain-related diseases are different in men and women, either in the number of affected individuals or in severity. Therefore, something is likely protecting or harming people of one sex. Since we know that twice as many women as men are diagnosed with Alzheimer's disease, there might be something related to sex hormones that is harmful," says Pintzka.
He hopes that by understanding how men and women use different brain areas and strategies to navigate, researchers will be able to enhance the understanding of the disease's development, and develop coping strategies for those already affected.
2014诺贝尔奖生理学或医学奖深度解读:大脑中的“定位系统
飞鸽传书,老马识途。当还处在原始时代的时候,人类就已经意识到,很多动物都具有出类拔萃的导向能力,纵使万水千山,无论阴晴雨雪,这些神奇的动物总能知道路在何方。人类当中也不乏这样的认路高手,他们的脑海中似乎嵌入了一张高分辨率地图,怎样都不会迷失方向。作为一个出门不带GPS简直不能活的路痴,我总是非常羡慕这样的人和动物,难不成他们的大脑当中还内置了一个活体GPS?刚刚揭晓的2014年诺贝尔生理学或医学奖,恰恰向我们解答了这个问题。
如何才能不迷路呢?首先,我们必须知道自己要去的是个怎样的地方。譬如说,我要去北京故宫,我首先得知道那是一个有着红色宫墙和金色琉璃瓦的巨大宫殿。抽象一些说,我们要通过一系列特征来确定某一个位置。在我们的大脑中,正存在着这样一种专门负责记住位置特征的神经元。本届诺贝尔生理及医学奖其中一位得主,伦敦大学学院(University College London)的约翰·奥基夫(John O’Keefe),早在1971年就和同事在大鼠大脑中一个叫做海马(hippocampus)的脑区里就发现了这样一种神经元,他们将其命名为“位置细胞”(place cell)。
约翰·奥基夫。他的团队在1971年发现了位置细胞。图片来源:Per Henning/NTNU, wikipedia
当时,他们在大鼠的海马中植入了一个记录电极,然后将大鼠放置在一个空旷的房间中自由活动。他们发现,只有当大鼠处在特定的位置上时,特定的位置细胞才会活跃,奥基夫将那些导致特定位置细胞活跃的区域称为这些位置细胞的发放场(firing field)。大鼠通过各种感官从环境中获取外界的特征信息,而位置细胞则能够和海马中其它的细胞合作,将那些输入的特征信息与过往记录到的不同位置的特征信息加以比对。一旦信息能够匹配上,与那个位置相对应的特定位置细胞就会变得活跃。通过这种方法,我们的大脑能够将特定的特征信息与特定的空间位置联系起来,形成了空间位置记忆。
右图中浅灰色区域为大鼠的脑,深灰色代表海马,橘黄色示意位置细胞所分布的区域。左图为大鼠在空旷房间中的运动轨迹,其中橙色的点表示当记录到某一批位置细胞活跃时大鼠所在的位置,浅橙色圆斑表示理论上这些位置细胞的发放场。
在对位置细胞超过30年的研究中,奥基夫的团队对这类细胞作了更加深入的研究。他们发现,和别的记忆一样,这种空间位置记忆既可能随着时间推移而遗忘,也可以通过反复训练来加强,乃至终身保留。但是这种记忆的特殊之处在于它拥有一定的可塑性:当环境发生一定程度的变化时,这些记忆也可以根据环境改变作出一定的修正,这解释了我们为什么能在周遭环境不断变化时依然可以准确地记住那些地点。此外,奥基夫还注意到位置细胞还可以分出一些亚类,比如有一类专门对活动边界——一堵墙或是一道无法跨越的沟壑——敏感的神经元,他们将其命名为边界细胞(border cell)。
然而,仅仅能够记住地区的特征还不足以解释动物的空间定位能力。如果地图描述了每一个地方的特征,却没有告诉我们这些地点的相对位置,我们依然无法凭借这些信息进行导航。为了能够更好地描述不同地点的位置信息,人们在地图上引入了“经纬度”的概念,这种不依赖于具体位置特征的完全均匀的空间坐标系能够赋予地图上每一个地点一个独一无二且方便查找的坐标。
奥基夫发现位置细胞30多年后,一对科学家夫妇,迈-布里特·莫泽(May-Britt Moser)和她的丈夫爱德华·莫泽(Edvard I. Moser)通过一系列实验证明,动物的大脑当中也存在类似的建立空间坐标系的机制。这些发现使他们与奥基夫共享了今年的诺贝尔生理学或医学奖。
迈-布里特·莫泽(左)和丈夫爱德华·莫泽(右)。图片来源:The Kavli Institute at the NTNU, wikipedia
在此之前,学术界普遍认为,动物的空间定位能力完全来自于海马的记忆,因此对于空间定位机制的研究也一直局限在海马内部。而莫泽尔夫妇在奥基夫以及该领域另一位大牛理查德·莫里斯(Richard Morris)的实验室做访问学者期间,独辟蹊径地想到空间定位机制可能还依赖于海马之外的脑区。他们从投射向海马的上游神经元入手,经过多年努力搜索,终于在2005年于海马以外一个叫做内嗅皮质(entorhinal cortex)的脑区里发现了一种全新的神经元,他们将其命名为网格细胞(grid cell)。虽然网格细胞的活跃也和动物所处的位置有关,但是与位置细胞不同,网格细胞的活跃并不依赖于外界输入的特征信息,任意一个网格细胞的发放场在空间中均匀分布,并且呈现出一种蜂巢式的六边形网格状。
左图示意当大鼠在空旷房间中运动时,某一个网格细胞的发放场。可以看出这些发放场呈现出均匀的六边形分布。右图示意网格细胞在大鼠脑中的相对位置。
网格细胞的这种独特的活动模式当时在神经科学中可以说闻所未闻,这给与了莫泽夫妇大展拳脚的广阔空间。他们一鼓作气,对网格细胞的工作机制进行了更加深入的探索。他们发现,早些年发现的另外两种细胞,即之前提到的边界细胞以及位于海马下托(subiculum)的头部方向细胞(head-direction cell),都与网格细胞具有广泛的功能联系。其中,头部方向细胞的功能在于分析来自前庭系统的信息以确定头部朝向的方向。
后来,随着计算神经科学的发展,科学家逐渐揭示出网格细胞可以整合来自边界细胞的边界信息、来自头部方向细胞的方向信息以及来自视觉和本体感觉的距离信息,并通过一些复杂的算法来确定自己在这个六边形坐标系中的精确坐标。
有了网格细胞确定的坐标系,有了位置细胞记录的位置特征,再加上边界细胞划定的边界,在大脑中绘制地图所需的基本信息也就完备了。顺着这个思路,莫泽夫妇、奥基夫以及该领域的许多其它科学家很快就建立起了一套不同导向细胞之间相互协作的理论模型。
示意来自海马(橙色)的位置细胞与边界细胞与来自内嗅皮质(蓝色)的网格细胞共同构建了动物大脑中的“认知地图”。
不久之后,研究者在包括人类在内的基本上所有哺乳动物脑中都发现了类似的空间定位系统,为这套理论的实际运用铺平了道路。一方面,空间位置记忆作为记忆的一种,被广泛运用到学习记忆机制的研究中。被各大实验室广泛采用的空间恐惧记忆,就是基于这套理论所建立的行为范式,为深入理解学习记忆的机制提供了良好的研究工具。另一方面,这套理论也被应用于人类身上。一项调查显示,穿梭于迷宫般的伦敦街道的出租车司机拥有更为发达的海马,这些结果提示,只要勤加练习,大脑中的GPS也可能变得更加性能卓越。此外,如阿兹海默病(Alzheimer’s Disease,AD)等许多疾病会导致患者出现不认识路的症状,关于定位与导航的研究可以帮助医生和科学家加深对这些疾病的认识,从而更好地诊断、治疗这些病症。
奥基夫和莫泽夫妇的工作为人类理解认知机制,探索神经科学做出了杰出的贡献。即使无需动用位置细胞,他们在科学发展中的位置,也必将会被人们所铭记。
本文认为本质原因在于男女大脑在空间感和方向感的差异上,在此之前,先让我们了解一下
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我们如何辨识方向?解密大脑中的GPS
2016-01-31 14:44:28
海马体的信号传递:位于内嗅皮层的网格细胞将关于动物运动的方向和距离的信息,通过不同的神经通路,传递到海马体中的几个不同区域(齿状回、CA3和CA1),由此产生的大脑认知地图可以帮助动物更好规划未来的“旅程”。
海马体(位置细胞所在区域)
随着全球定位系统GPS的出现,我们开车寻路、驾驶飞机,甚至行走在城市的大街小巷,许多习惯都发生了改变。然而在GPS出现之前,我们又靠什么辨识方向呢?最近的研究表明,哺乳类动物的大脑中竟然存在与GPS类似的精密系统,在错综复杂的环境中为我们指引方向。2014年诺贝尔生理或医学奖得主、挪威科学家梅-布里特·莫泽和爱德华·莫泽将为我们深度解读。
A.大脑如何为我们导航?
如同手机和汽车里使用的GPS系统,大脑也是靠采集个体运动的位置和时间等多方面的信息并加以整合计算,用以判断我们身在何方,又将去向何处。通常情况下,进行这样的运算对于大脑来说并不费力,甚至整个过程在我们不知不觉中就完成了。只有在迷路,或者神经系统因为创伤、疾病受到损伤造成功能障碍时,我们才会意识到大脑里这个与我们密不可分却常常被忽视的导航系统竟是如此重要。
获取自己所处位置的正确信息以及确定下一步行动的具体方向,对每一个个体的生存都至关重要。如果没有大脑里的导航系统,所有动物包括人类将无法猎取食物,繁衍生息。那么毫无疑问,个体甚至整个种族将会因此灭亡。
和其他动物比起来,哺乳类动物的导航系统尤为精确和复杂。比起人类多达上百亿的神经细胞,常常作为实验动物模型的秀丽隐杆线虫,仅有302个神经细胞。这种线虫的行动仅仅是追寻着某种分子的浓度变化,单纯依靠环境中的嗅觉信号来判断方向。
而对于神经系统更为复杂的动物,像是沙漠里的蚂蚁和蜜蜂,则拥有更多导航手段。其中一种与GPS相似的常用方法叫作路径整合,神经细胞通过实时监测动物相对于初始位置的运动方向和速度,并加以计算,获得当前所在的位置。通过这种方法,动物可以完全不依赖路标等外界因素,仅靠自身的神经系统就可以导航。对于脊椎动物,特别是哺乳动物,用于辨识方向的方法在此基础上又进化地更为先进。
在不同的环境中,哺乳类动物大脑中不同的神经细胞会受到刺激产生兴奋,这实际上是一种膜电位的变化。而这些同时产生兴奋的神经细胞组成的图案,恰好能够反映出外界环境的空间布局,以及动物在环境中的位置。研究人员通常认为,这种大脑地图形成于大脑皮层,皮层是包裹在大脑最外侧的结构,呈凹凸不平的褶皱状,它在神经系统的进化史上出现最晚,但功能最为高级。
近年来,研究人员开始逐渐深入探索大脑中的地图是怎么产生的,又是怎么随着动物的移动而不断更新的。在啮齿类动物的大脑中,研究人员发现这种导航系统实际上是由几种不同种类的神经细胞组成。当动物在空间里运动时,神经细胞不断采集动物的位置及运动的距离、方向、速度等信息,并加以整合计算。通过不同神经细胞的共同努力,大脑中的动态地图就产生了,这些信息不仅能够反映动物当下的空间位置,而且还能作为记忆储存起来。
B.认知地图
关于大脑空间地图的研究始于美国著名心理学家爱德华·C·托尔曼。此前,人们猜想动物是通过对运动路径中不同刺激物产生的反应和记忆来辨识方向的。例如,在大鼠走迷宫的实验中,研究人员曾认为,大鼠是通过记忆从起点到终点途中的一系列“转折点”来走出迷宫的。托尔曼彻底推翻了当时的这种主流观点。他发现,有时候大鼠会选择抄近路或是绕道。如果是通过记忆一系列转折点来走出迷宫,那就完全无法解释这种“抄近路”的行为。他大胆猜想,在大鼠的大脑中产生了关于迷宫空间几何结构的“地图”。
托尔曼最早在1930年前后就提出大脑认知地图的假说,但对此的争议在接下来的几十年中从未停止。在20世纪中期,微电极在神经科学领域的发展迅速,使得记录动物在清醒状态下单个神经细胞的电活动成为可能。研究人员可以在动物自由活动的过程中,记录单个神经细胞的兴奋状态。“兴奋”指的是细胞因受到刺激而产生动作电位。动作电位是静息状态下的细胞膜产生短暂的膜电位变化,这种变化促使神经突触释放神经递质,从而将信号从一个神经细胞传递到下一个,使下一个神经细胞也兴奋起来。
1971年,英国伦敦大学的奥基夫在实验过程中发现,在海马体中存在一种特殊的细胞,当大鼠经过封闭空间中的某个特定位置时,这些细胞就会兴奋,经过另一个位置时,另一些细胞就会兴奋,这种神经细胞故此得名“位置细胞”。将所有这些位置细胞整合起来,刚好形成一幅能反映真实空间里不同位置的地图。更为神奇的是,通过读取大鼠海马体不同位置细胞的兴奋状态,奥基夫能够正确判断出在某一时间,大鼠在封闭空间里所处的精确位置。1978年,奥基夫和同事林恩·纳德尔认为,位置细胞是托尔曼所提出的认知地图中不可缺少的一部分,是认知地图的物质基础。
C.从位置细胞到网格细胞
尽管位置细胞的发现是神经科学发展史上的一座里程碑,但在之后很长一段时间,研究人员都无从知晓这种细胞到底对动物导航起到什么作用。位置细胞在海马体中的CA1区,这个区域位于海马体中信号传导通路的末端,由这种解剖学结构而得出的一种假说认为,位置细胞不是直接接收从外界传递来的位置信息,而是从海马体其他区域中获取相关信息。2000年,我们俩决定在挪威科技大学成立实验室,去验证这个关于位置细胞的假说。正是这个决定将我们引向了一个重大发现。
为了验证“位置细胞”是否从海马体的其他区域接收信号,我们和门诺·威特设法将海马体中CA1区的传入信号切断,然后用电极监测大鼠的位置细胞的兴奋状态。我们吃惊地发现,尽管CA1区完全失去了从海马体内部传递过来的信号,但是当大鼠运动到某个特定位置的时候,位置细胞仍然会兴奋。毫无疑问,位置细胞并不依赖于海马体内部的信号传导,而是从别处获取信息。但除此之外,直接传入CA1区的神经通路就只有一条,这就是紧邻海马体的“内嗅皮层”,它是连接海马体与“新皮层”之间的媒介。
2002年,和威特一起,我们计划用微电极去探索大鼠大脑中的内嗅皮层。让我们惊讶的是,内嗅皮层里被激活的细胞的兴奋性竟然遵循着一种特定的规律。我们发现,同一个“内嗅皮层”神经细胞会在大鼠经过几个不同位置时被激活,而这几个位置在空间里恰好构成六边形的六个顶点,我们于是将这种细胞命名为“网格细胞”。与位置细胞不同,网格细胞提供的不是关于个体位置的信息,而是距离和方向。有了它们,动物不用依靠外界环境中的刺激因子,仅靠自身神经系统对身体运动的感知,就能够知道自己的运动轨迹。
随着研究的深入,我们发现不同区域产生的网格不尽相同。在靠近内嗅皮层背侧的区域,也就是接近内嗅皮层上部的地方,网格细胞将空间划分为由更为紧凑的六边形组成的网格。而从内嗅皮层的背侧向腹侧,随着网格细胞越来越靠下,它们所对应的六边形会一级一级地逐步变大。变大过程是阶梯式的,每一级代表内嗅皮层的一小块区域,而每一级内的网格细胞所对应的六边形,大小都是一样的。
在大脑皮层的绝大部分已知区域,神经细胞的兴奋模式都是杂乱无章、无规律可循的。而这里,在大脑皮层最深处的内嗅皮层,居然有这样一种神经细胞有序地排列着。我们期待更深入地了解它们。此外,哺乳类动物的导航系统中除了网格细胞,还有更多惊喜等待我们去发现。
早在20世纪80年代中期和90年代初,美国纽约州立大学南部医学中心的吉姆·B·兰克和杰夫·S·陶布就发现了一种神经细胞,每当大鼠面向某一个固定方向时,这种神经细胞就会被激活。这种被称为“头部方向细胞”的神经细胞位于“前下托”,这是大脑皮层中另一个紧邻海马体的结构。
在2008年,我们又在大脑的内嗅皮层发现了另外一种神经细胞。每当大鼠靠近一堵墙、空间边界或是任何障碍物时,这种细胞就会被激活,故此得名“边界细胞”。边界细胞可以计算出大鼠与边界的距离,然后,网格细胞可以利用这一信息,估算大鼠已经走了多远的距离,所以在之后的任意时间,大鼠都可以明确知道自己周围哪里有边界,这些边界距离自己又有多远。
2015年,第4种导航细胞隆重登场。这种细胞的兴奋状态反映了动物的运动速度,并且不受动物所处位置和方向的影响。这种“速度细胞”的放电频率会随着动物运动速度的增加而加快。事实上,仅仅通过记录为数不多的几个速度细胞的放电频率,研究人员就可以准确推算出大鼠当时的运动速度。速度细胞和头部方向细胞一起为网格细胞实时更新动物运动状态的信息,包括速度、方向以及到初始点的距离。
D.导航系统
位置细胞是哺乳类动物大脑产生认知地图的关键,随着网格细胞的发现,我们期待发掘更多向位置细胞传送信号的渠道。我们现在已经知道,内嗅皮层里的多种细胞,如网格细胞、头部方向细胞、边界细胞、速度细胞等,它们各司其职,会将各种信息传递到海马体的位置细胞加以整合,让动物知道自己从哪里来,身在何处,又去向何方。但这还不是哺乳类动物导航机制的全部。
想要知道内嗅皮层内侧和海马体分别形成的地图是怎样结合起来让动物实现导航,一个方法就是看这些地图是怎样随环境而改变的。早在20世纪80年代,纽约州立大学南部医学中心的鲍勃·马勒和约翰·库比就发现,当大鼠来到一个崭新的环境时,海马体中位置细胞形成的地图就会彻底发生变化,就连将同一个房间同一个位置的周围空间改变颜色,大脑里的地图也会变化。
我们实验室的研究发现,让大鼠在11个连续的处于不同房间的封闭空间里觅食,随着大鼠在不同房间里移动,大脑中很快就生成了不同的地图,每个房间的地图都不相同。这给海马体为不同环境量身打造不同地图的观点提供了实验依据。然而和海马体不同,在内嗅皮层内侧形成的地图却是通用的。在某个环境里的特定位置上,处于兴奋状态的网格细胞、头部方向细胞和边界细胞等,在另一环境里的类似位置上也会被激活,就像是前一个地图中的经纬线又印在了新的环境中。比如,当大鼠从东北方向进入一个房间时,一系列神经细胞会因此激活;大鼠以同样的方式进入另一个房间时,同样的细胞又会以同样的顺序被激活。内嗅皮层里的这些细胞传递出的图案,会被大脑用来导航,帮助动物在周围环境中活动。
这些信息随后会从内嗅皮层传到海马体,形成针对特定位置的地图。从进化的角度看,将两种地图整合起来用于导航可能是一种更为经济的方案。当动物从一个房间进入另一个房间时,内嗅皮层内层形成的用于测量距离和方向的网格无须发生变化,可以重复利用。只有海马体中的位置细胞会为每一个房间单独定制一张地图。
E.轨迹记忆法
大脑海马体中的导航系统的功能,绝非仅限于帮助动物从A点移动到B点。除了从内嗅皮层内侧获取关于动物的位置、距离、方向等信息外,海马体还会记录出现在特定地点的物体——一辆车或是一根旗杆——和发生在那个地点的事情。因此,由位置细胞构建的空间地图所包含的信息不单是个体所在的位置,更有个体在特定位置经历的各种细节。这和托尔曼的认知地图的概念不谋而合。关于动物经历的细节信息一部分源自内嗅皮层外侧的神经细胞。物体和事件的细节都和动物的位置信息一起储存在记忆中,所以当动物从记忆中提取位置信息时,在那个特定位置出现的事物和发生的事情也会同时被记起。
早在古希腊和古罗马时期,人们就将位置和其他信息结合起来,发明了“轨迹记忆法”。这种想象的方法通常也叫作“记忆宫殿”。直到如今,许多记忆比赛的参与者仍然使用这种方法去记忆大量的数字、字母或是卡片。
遗憾的是,在阿尔茨海默病患者中,内嗅皮层是最早衰弱的大脑结构之一。疾病的进程使得内嗅皮层的细胞大量死亡,整个内嗅皮层的尺寸也随之缩小,这个症状已被用于诊断易患阿尔茨海默病的危险人群。经常走失也已成为阿尔茨海默病早期的一个代表性症状。在阿尔茨海默病后期患者的大脑中,海马体的细胞大量死亡,使得患者已经无法忆起经历过的事情,甚至一些概念,比如说某种颜色的名称。事实上,最近一项研究发现,携带有阿尔茨海默病致病基因的年轻人表现出明显的网格细胞功能缺陷,这个发现可能会有助于阿尔茨海默病的早期诊断。
今天,距托尔曼第一次提出认知地图概念已经80年有余,我们清楚地认识到,在大脑理解和分析外周环境,确定个体所处的位置、距离、速度和方向时,位置细胞只是这一复杂过程的一个部分而已。正如许多未知领域一样,我们知道得越多,未知的东西也就越多。我们现在已经知道大脑里存在内置的地图,但我们更需要知道这个地图中的不同元素是怎样协同工作,产生精确定位信息,以及大脑的其他结构怎样读取这些信息,以做出下一步行动的决定。
(本文由《环球科学》杂志社供稿)(撰文 梅-布里特·莫泽(May-Britt Moser)爱德华·莫泽(Edvard I Moser)翻译 吴好好)
男人女人都一样,都会遇到不测,不必分成男女两个类别。
Kennedy两次获得金冰镐奖项 - 一次是因其2015年与Marko Prezelj,Manu Pellissier和Urban Novak首攀Cerro Kishtwar峰Light Before Wisdom线路(难度ED+,5.11 WI6 M6 A2,长度1,200米),另外一次是他于2013年和Kyle Dempster首攀Baintha Brakk峰(Orge I峰)东南脊和南壁。23岁的Perkins这是一位冉冉升起的新星,正开始在攀爬及滑雪方面积累更为丰富的经验。
Raised at the confluence on the Roaring Fork and Crystal rivers in Carbondale, Colorado, by Julie and Michael Kennedy, Hayden chose to forgo a formal college education (as his father did before him) and started adventuring right out of high school. By the time he was 18, he had already been climbing and skiing at a high level for many years. His transition from teen to adulthood was captured in Fred Norquist’s film Life as a Non-Collegiate: Living the Dream in 2009. The film debuted at the 5Point Film Festival, produced by his mother, Julie.
“Hayden survived the avalanche but not the unbearable loss of his partner in life,” his father wrote in a public Facebook post earlier today. “He chose to end his life. Myself and his mother Julie sorrowfully respect his decision.”
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奖品为 一部纪念美国阿尔卑斯登山者Hayden Kennedy和Inge Perkins的视频,将通过电子渠道发送
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