当你环顾四周时,心理形象在右左脑之间弹跳

当你环顾四周时,心理形象在右左脑之间弹跳
当脑海中的图像在视野中移动时,视觉工作记忆的痕迹会从一个半球转移到另一个半球。资料来源:米勒实验室/麻省理工学院皮考尔研究所杰西卡·贝尔

向任何人从NFL四分卫扫描现场扫描开放接收者,到监控飞机位置的空中交通管制员,到看着她的孩子在公园里跑来跑来的妈妈:我们依靠我们的大脑来抓住我们在想什么,甚至当我们转移我们的凝视,甚至暂时瞧不起。这种“视觉工作记忆”的能力感觉毫不费力,但新的麻省理工学院的研究表明,大脑难以跟上。每当一个关键对象跨越我们的视野,因为它被移动或者我们的眼睛 - 大脑立即通过在对面的脑半球中重新编码内核来转移它的记忆。

该发现发表于神经元皮考尔学习与记忆研究所(Picower Institute for Learning and Memory)的神经科学家,通过动物实验解释了我们如何持续跟踪什么对我们重要,即使我们的视觉系统的基本线路要求我们把左边看到的东西映射到右边我们在右边看到的是

该研究的第一作者斯科特·布林卡特(Scott Brincat)说:“无论你在某个特定时刻看向何处或如何导向,你都需要知道现实世界中的事物在哪里。”布林卡特是皮考尔教授厄尔·米勒(Earl Miller)实验室的博士后研究员,也是该研究的高级作者。“但每次你转动眼睛,你的大脑从外部世界得到的表象就会改变。”

在他们的实验中,布林卡特、米勒和其他合著者发现,当一个物体在视野中切换到另一边时,大脑会迅速利用脑电波频率的同步变化,将记忆信息从大脑的一侧引导到另一侧。这种仅在几毫秒内发生的转移,在大脑对侧半球的前额皮质中招募了一组新的神经元来存储记忆。这一新的神经元集合根据物体的新位置对其进行编码,但大脑继续将其识别为原来在另一个半球视野内的物体。

米勒说,不管如何相对于我们的眼睛,它是如何移动的,这是一个能力的能力 - 无论它相对于我们的眼睛如何,都是让我们控制的自由。四分卫可以决定将他的凝视从现场的左侧转移到右侧,而不必担心他会立即忘记那些左侧接收器仍然存在,即使改变凝视位置已经基本上移动了它们,甚至脱离了他的观点。

米勒说:“如果你没有这种能力,我们就只是简单的生物,只能对环境中任何对我们来的东西做出反应,仅此而已。”“但因为我们可以把事情记在心里,我们可以有意志控制我们做什么。”我们不必现在就对某事做出反应,我们可以把它留到以后。”

转移侧面

在实验室中,研究人员测量了动物玩游戏时大脑两个半球前额叶皮层中数百个神经元的活动。当一个物体的图像(比如香蕉)短暂地出现在屏幕中间时,他们必须盯着屏幕的一侧。因此,物体出现在他们视野的一边或另一边,由于大脑的交叉线路,它被处理在相反的皮质半球。动物必须在脑海中记住图像,然后指出随后呈现的图像是否是另一个物体(例如苹果)。然而,在一些试验中,当最初的物体被保留在工作记忆中时,动物们被提示将目光从一边转向另一边,有效地改变了他们所记忆的图像所在的视野的一边。

动物们能够准确地记住展示给它们的图像是否匹配,但在必须转移视线的情况下,它们的表现会略有下降。布林卡特说,这个错误表明,对大脑来说,跟上这种变化并不像看上去那么容易。

“它对我们感到微不足道,但它显然不是,”他说。

为了分析他们在大脑中的测量结果,该团队训练了一个名为“解码器”的计算机程序,以识别显示物体图像记忆的神经活动原始数据中的模式。正如预期的那样,分析显示,大脑对每幅图像的信息进行编码的半球与它在视野中的位置相反。但更值得注意的是,研究还显示,当动物的目光在屏幕上移动时,编码记忆信息的神经活动从大脑的一个半球转移到另一个半球。

该团队还测量了神经元集体活动或脑波的整体节律。他们发现,从一个半球到另一个的内部的转移始终如一地发生在那些节奏中的签名变化。随着转移发生,跨越极低频率“θ”波(〜4-10赫兹)和高频“β”波(〜17-40赫兹)玫瑰的同步,以及“alpha / beta”波的同步(〜11-17赫兹)下降。

这种压力和拉动的节奏模式非常类似于米勒的实验室在许多研究中发现了Cortex如何使用节奏来传播信息。非常低,更高频率的节奏的组合增加,允许感官信息(即动物刚刚看到的东西的表示)进行编码或召回。α/ beta频率范围内的功率增加禁止编码,充当感觉信息处理的栅极。

米勒说:“这是另一种门控。“这一次阿尔法/贝塔控制了两个大脑半球之间的记忆传输。”

发现一个惊喜

虽然节奏模式似乎与先前的研究一致,但研究人员对该研究的另一个发现感到惊讶:在视野中的同一点相同的物体图像,如果最初在该位置看到,则预逆转性皮质采用不同的神经元。与其他半球转移。换句话说,在他们愿景的左侧看到香蕉的动物招募了一个不同的神经系列来代表这一点比他们在右边看到香蕉然后转移到那个地方,他们做了。

对米勒来说,这一发现有一个有趣的含义。神经科学家曾经认为单个的神经元是大脑的基本功能单位,而最近开始认为神经元的集合是大脑的基本功能单位。然而,新的发现表明,即使是相同的信息,仍然可以被不同的任意组合的集合编码。

米勒推测说:“也许连整体都不是大脑的功能单元。”那么大脑的功能单元是什么呢?这是大脑网络活动创造的计算空间。”


进一步探索

当信息通过大脑的层次流动时,更高的区域使用更高的频率波

更多信息: 神经元(2021)。DOI: 10.1016 / j.neuron.2021.01.016
信息信息: 神经元

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