作为人类，我们生活在思维中：从思考晚餐做什么到幻想着上次海滩度假的情景。

现在，Janelia研究园区的HHMI研究人员发现动物也具有想象力。

Lee实验室和Harris实验室的团队开发了一种结合虚拟现实和脑机接口的新系统，以探索老鼠的内心想法。

他们发现，与人类一样，动物可以思考不在眼前的地方和物体，利用思维想象走到某个位置或将远处的物体移动到特定的地点。

与人类一样，当啮齿动物体验到地点和事件时，海马体这个负责空间记忆的大脑区域会激活特定的神经活动模式。这项新研究发现，老鼠可以自愿产生这些相同的活动模式，并且可以回忆起远离当前位置的远程地点。

"老鼠确实可以在不去那里的情况下激活环境中的地点表示，" Harris和Lee实验室的博士后研究员赖崇熙说道，他是描述这一新发现的论文的第一作者。"即使他的身体固定不动，他的空间思维也可以到达非常遥远的地方。"

这种能够想象远离当前位置的地点的能力对于记忆过去事件和想象可能的未来情景至关重要。因此，根据研究作者的说法，这项新工作表明动物，就像人类一样，具有一种想象力。

"想象是人类可以做到的一件了不起的事情。现在我们发现动物也可以做到，并且我们找到了一种研究它的方法，" Albert Lee说道，他曾是Janelia的一位小组负责人，现在是Beth Israel Deaconess医学中心的HHMI研究员。

一种新颖的脑机接口

这个项目始于九年前，当时赖崇熙作为研究生来到Janelia，他有一个想法，想测试动物是否能思考。他的导师，Janelia的高级研究员Tim Harris建议他去找Lee交流，因为Lee的实验室也有类似的问题。

两个实验室共同努力开发了一个系统，用于了解动物的思维——一种实时的"思维探测器"，可以测量神经活动并翻译其含义。

该系统使用脑机接口(BMI)，它提供了大脑活动和外部设备之间的直接连接。在团队的系统中，BMI在老鼠的海马体电活动和360度虚拟现实舞台上的位置之间建立了联系。

海马体存储着与回忆过去事件和想象未来情景有关的世界的心理地图。记忆回忆涉及到与地点和事件相关的特定海马活动模式的生成。但是没有人知道动物是否能自愿控制这种活动。

脑机接口使研究人员能够测试老鼠是否能激活海马活动，仅仅是思考舞台上的一个位置，而不是实际去那个位置——实质上，它可以检测动物是否能够想象去那个位置。

探索老鼠的内心想法

一旦他们开发出了自己的系统，研究人员就必须创建一个"思维词典"，以便能够解码老鼠的脑信号。这个词典编制了老鼠在体验某些事物时的活动模式，比如在虚拟现实舞台上的地点。

老鼠被固定在由Lee实验室的博士后研究员田中真介设计的虚拟现实系统中。当老鼠在球形跑步机上行走时，它的动作会在360度屏幕上呈现。当老鼠导航到目标位置时，它会得到奖励。

同时，脑机接口系统记录老鼠的海马活动。研究人员可以看到当老鼠在舞台上导航到每个目标位置时，哪些神经元被激活。这些信号为实时的海马脑机接口提供了基础，将大脑的海马活动翻译成屏幕上的动作。

接下来，研究人员断开跑步机的连接，并奖励老鼠产生与目标位置相关的海马活动模式。在这个名为"Jumper"的任务中，脑机接口将动物的脑活动翻译成虚拟现实屏幕上的运动。实质上，动物利用思维导航到奖励位置，首先思考他们需要去哪里才能得到奖励。这种思维过程是人类经常经历的。例如，当我们被要求在熟悉的商店购买杂货时，我们可能会在离开家之前想象一下我们将经过的地点。

在第二个任务中，名为"Jedi"的任务，老鼠仅凭思维将物体移动到一个位置。老鼠被固定在一个虚拟位置，但通过控制海马活动"移动"物体到虚拟现实空间中的一个目标位置，就像一个坐在办公室里的人会想象拿起咖啡机旁边的杯子并将其装满咖啡一样。然后，研究人员改变目标位置，要求动物产生与新位置相关的活动模式。

团队发现，老鼠可以精确而灵活地控制它们的海马活动，就像人类可能做的那样。动物还能够保持这种海马活动，将思维集中在一个给定的位置上，持续多秒钟——这个时间段与人类回忆过去事件或想象新情景的时间相似。

"令人惊讶的是，老鼠学会了在很长一段时间内只思考那个地方，而不是其他地方，这是基于我们对老鼠注意力持续时间的天真概念，" Harris说。

这项研究还表明，脑机接口可以用于探测海马活动，为研究这个重要的脑区提供了一种新颖的系统。由于脑机接口在假肢中的应用越来越广泛，根据作者的说法，这项新工作还为基于相同原理设计新型假肢设备的可能性打开了大门。

本文译自 ScienceDaily，由 BALI 编辑发布。

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