“脑海中的地图”是如何创建的

【科普园地】

你想过大脑是如何理解周围世界的吗？其实，我们的大脑是一个超级聪明的地图绘制员，无论是帮你在酒店找到正确的房间，还是在办公楼找到正确的会议室，都涉及到复杂的信息整合与神经计算。这个神奇的“地图绘制”过程，就发生在大脑里一个小小区域——海马体中，这是大脑负责学习和记忆的部分。

“脑海中的地图”究竟是如何创建的？美国霍华德·休斯医学研究所科学家对这个问题特别感兴趣，他们用大视野双光子显微镜技术观察了小鼠的大脑，试图揭开大脑创建“地图”的秘密。

他们设计了一系列动物实验：让小鼠在两个看起来几乎一样的虚拟走廊里穿梭，每个走廊的某个位置都藏有一个“小惊喜”，如水、食物等作为奖励，但提示它们在哪里能找到这些奖励的线索只在开始时给出一点点。

一开始，小鼠并不知道这些线索意味着什么，但是通过不断尝试，它们逐渐学会了根据提示来判断哪个位置有奖励。在这个过程中，科学家们注意到小鼠大脑中的神经元活动发生了有趣变化。起初，对于两条走廊，小鼠大脑中的神经元反应很相似，但随着学习深入，它们开始以不同的方式处理这两条走廊的信息，即使这两条走廊在视觉上几乎一模一样。

这就像是说，在刚开始的时候，你可能觉得办公楼里每一层看起来都差不多，但经过几天的探索后，你就能够轻松地区分它们并找到你要去的会议室了。因为你的大脑已经为楼层绘制了一张独特的地图，其中包含的信息有些可能很直观，比如电梯里显示的楼层数；有些可能很微妙，甚至你似乎不曾注意到。

更令人兴奋的是，科学家发现有一个名为“克隆结构因果图”的数学模型，能准确地再现这种学习过程。这不仅让人们对大脑的工作机制有了更深理解，也为治疗像阿尔茨海默病这样的记忆障碍疾病提供了新思路，甚至能帮助开发出更加可靠的人工智能系统。

这项研究就像是打开了通往大脑深处的一扇神秘之门，让我们得以一窥大脑是如何通过学习和记忆来构建我们的世界地图的。而这一切，都是为了帮助我们在复杂多变的世界中更好地导航。

(科技日报 记者 张梦然)