老鼠的大脑只消咱们东说念主类的拇指尖大小科目三 裸舞，但一项最新盘考发现，老鼠和东说念主类一样，也有遐想力。它们会用遐想，让我方跻身于之前探索过的空间，或将远方的物体挪动到某个特定位置。盘考者确信，这项着力畴昔在临床和基础盘考上都有繁密的用途。
撰文 | 望乡
“遐想智商对东说念主类社会至关进军，险些统共的发明都发生过两次，第一次在遐想中，第二次在实践中。”赖崇曦告诉《返朴》。
当作霍华德·休斯医学盘考所（HHMI）的博士后，此时的他本该特地重生。因为他刚以第一作家身份，在11月2日的Science杂志发表论文，揭开了一个颠覆领略的机要：和东说念主类一样，老鼠也有遐想力。它们会用遐想，让我方跻身于之前探索过的空间，或将远方的物体挪动到某个特定位置。
论文发表页面
这种遐想辩认现时所处地点的智商，是牵记昔时事件和遐想畴昔可能状态的基础。
“当今，咱们发现动物也能作念到这少许，而且咱们找到了盘考它的标准。”阿尔伯特·李（Albert K. Lee）说，他曾是HHMI 位于Janelia盘考园区的课题组长，现为贝斯以色列女执事医疗中心的HHMI盘考员。
前英国首相买卖、动力和工业计谋非常参谋人詹姆斯·菲利普斯（James W. Phillips）不惜对这项盘考赐与超高评价，“这是我所见过的神经科学界限最令东说念主印象长远的使命之一。我认为这项时间具有惊东说念主的后劲，不错成为元科学机构实验的焦点。”他曾是赖崇曦在英国剑桥大学读博时的同学。
赖崇曦本东说念主则略显浪潮不惊，“这项盘考时候很长，一共花了差未几8年时候，当今落幕出来了，却嗅觉莫得那么重生了。”但他很感谢“雇主”所赐与的有余守旧和耐性，毕竟，“碰上有些雇主等不了，盘考可能就砍掉了”。两位“雇主”亦然这篇论文的通信作家，其一是阿尔伯特·李，另一位是HHMI的课题组长兼高等盘考员蒂莫西·哈里斯（Timothy D. Harris）。
刻板印象：老鼠莫得遐想力
老鼠的大脑如实比咱们小得多，大要只消咱们的拇指尖大小。甚至在上个世纪，好多科学家仍然认为老鼠大脑只是简短的刺激-反应系统。
在20世纪初期，行动主义在情怀学和生物学界限占据了显耀地位。这种表面的中枢念念想是，生物个体的学习和行动主如若通过对奖励和处分的反应来驱动的。行动主义者认为，个体通过对环境中的刺激作念出反应，并字据这些刺激的后果（奖励或处分）来调理其行动。换句话说，行动主义表面强调的是外部刺激与反应之间的干系，认为这是行动酿成的主要机制。
对此，好意思国加州大学伯克利分校磨真金不怕火爱德华·托尔曼（Edward Tolman）却不以为然。他在1948年发表了Cognitive maps in rats and men，建议了一种被称为“领略舆图”的见解，认为东说念主和动物在探索环境时，会在大脑中酿成一种对外部宇宙的情怀表征，这些表征构建出情怀模子来教唆其行动。
换句话说，即使莫得赏罚机制，生物体的大脑仍然储存了对环境的信息，况兼进行了建模。
1971年，好意思国科学家约翰·欧基夫（John O'Keefe）为托尔曼的表面找到了在大脑细胞行为层面上的实据。他在老鼠大脑的“海马体”区域发现了一种特殊的，用来表征空间位置的神经细胞。
实验历程是这么的。他把电极纪录器植入老鼠大脑的海马区，然后让老鼠在一个生分的房间目田来去。当老鼠走到一个特定的位置时，脑中编码这个位置的细胞放电的频率就会飞腾。欧基夫将这些细胞定名为“位置细胞”（Place cell），不同的位置细胞都对应着某个特定的位置，它们在大脑中酿成了对于环境的舆图。因为这项发现，欧基夫获取了2014年的诺贝尔生理学与医学奖。
在东说念主类的海马体严重受损后，就会同期丧失追想昔时和遐想畴昔的智商，好多类似患者的病例盘考都考据了疏通的情况。其中最驰名的一篇论文，是德米斯·哈萨比斯（Demis Hassabis）过头导师在2007年发表的。自后哈萨比斯转向产业界，创立了东说念主工智能公司DeepMind，引颈了当下的这波AI篡改。
话说总结，这种东说念主类在情怀上将自我投射到昔时，从新资历昔时的事情；以及把自我投射到畴昔，事前资历畴昔事情的智商，有个特地名词——情怀时候之旅（mental time trave）。这是一种特定类型的遐想，它跟时候、地点、东说念主物、事件等牵记是细致不绝的。
那么，老鼠会不会多情怀时候之旅呢？
其果然显微镜下，啮齿动物和灵长类动物的脑组织终点相似，需要经过锻练的眼睛材干别离出来。
在线之家而且，神经科学家以前曾解码过啮齿动物大脑发出的信号，发现它们并不方正是对嗅觉或挪动指示的反应。举例当老鼠处于特定位置时，其对应的位置细胞变得活跃。科学家不错通过纪录位置细胞的行为，来细目它们的位置。
然则，对大多数东说念主来说，只是知说念我方在那儿并不适宜“遐想”的标准，因为遐想的内涵要突出目下的情境。而且直到2010年，灵长类动物盘考东说念主员仍然宣称老鼠短缺“领略”。
莫得东说念主有可信谜底。
赖崇曦想研发出一种动物模式来系统性地盘考：如果老鼠省略不去特定位置，仅靠遐想我方去往了特定位置，也能激活相应的位置细胞，那这种行动就终点接近于东说念主类的情怀时候之旅。
读取“念念维”
2014年8月，赖崇曦投入剑桥大学攻读神经科学博士。彼时，他脑子里还是运转构念念和设计这个实验。
2015年的一天，同窗菲利普斯和赖崇曦在湖边聊天，他第一次听到了这个神气的早期设计。他随即认为赖崇曦是他在英国遭受的同辈神经科学家中阿谁最机灵、最有创造力的。多年后，他写说念，“当他第一次向我形容时，我以为这就像是来自迢遥畴昔的东西，是一个繁密的见解飞跃，需要时间的逾越和发现，再加上对见解的长远强健材干扫尾。”
这个实验的主要艰难是，你无法告诉老鼠去想什么或作念什么。你必须给它们一些默示，比如奖励它们作念某个特定的动作。这种行动锻练既是一门科学，亦然一门艺术。
同期，你也很难获知老鼠的“所念念所想”。赖崇曦猜想了一个小巧的实验设计：如果老鼠如实省略念念考和遐想，那么当拓荒老鼠念念考去某个特定地点时，就应该省略以可臆想的样式纪录下其所对应的位置细胞变得活跃起来。
为了探索老鼠能否作念到这少许，他们选定了脑机接口（BMI）时间，通过手术将电极植入老鼠的大脑，让老鼠通过空间遐想在元天地中穿梭。这个实验将老鼠放在360度千里浸式臆造实践（VR）中的一个球形跑步机上，并在臆造的宇宙中自满一个方针，让老鼠朝着这个方针奔走。
当老鼠在跑步机上奔行运，它的动作会在360度的屏幕上调遣，它在VR环境中的位置也会在屏幕上同步更新——就好像老鼠在真正环境中通顺一样。当老鼠到达方针位置时，它们会得到奖励（水）。然后新的方针会在VR环境中产生，访佛上述历程。老鼠一周就能学会这个任务。【视频请前去“返朴”不雅看】
在发轫阶段，盘考小组纪录了位置细胞的行为。然后，他们使用东说念主工智能解码生物神经收集的行为，从而诡计出老鼠认为我方在臆造实践任务中的位置。
接下来，他们进行一个以电影“Jumper”定名的任务。盘考小组断开跑步机，这意味着老鼠无法通过跑步达到方针。这阻挡它们只可支配大脑行为在VR环境中挪动。当老鼠的大脑行为被解码为位于方针区域时，它将往阿谁位置挪动，一朝挪动到方针位置，他们会获取奖励。
落幕标明，这些老鼠如实不错只通过大脑行为导航到方针地点。从根底上说，老鼠支配念念维导航，发轫要念念考它们需要去那儿材干获取奖励。这种念念维历程是东说念主类不时资历的。举例，一又友邀请你去一家老练的饭店汇集，你可能在外出之前就会遐想一都要经过的地点。
不外，Jumper锻练也暴浮现一个问题，即是很难让老鼠全都不动。东说念主类也有相同的体验，当你所处的环境运转飘零时，你会不由自主地想要随着环境动，很难拦阻这种冲动。就算拦阻住了，大脑也会产生一些信号，酿成杂音。
为了管束这个问题，崇曦设计了第二项任务“Jedi”（指绝地武士，这是对电影《星球大战》的问候）。在实验中，老鼠本人是静止不动的，但必须仅支配大脑行为将屏幕上的物体“挪动”到VR环境中的特定方针。这就像一个东说念主坐在办公室里，遐想提起咖啡机旁的杯子并将咖啡倒满一样。盘考小组随后改变了方针的位置，条目动物产生与新位置策动的行为模式。老鼠们再次完成了这项任务。
盘考小组发现，老鼠不错精准而纯真地截止它们的海马体行为，这少许很可能与东说念主类相似。一个令东说念主诧异的发现是，这些动物还能看护这种海马体行为，将它们的念念维停留在一个特定的位置达数秒之久——这个时候范围与东说念主类重温昔时的事件或遐想新状态的时候范围相似。
至此，从科学的角度，这篇论文完成了对啮齿动物领略智商最令东说念主信服的展示。从时间发展的角度，这项使命提供了一种读取深度大脑组织（比如海马体）中详细信号的脑机接口标准。脑机接口天然从上世纪90年代初就运转发展，然则都局限于大脑皮层（非常是通顺皮层），这是迄今为止第一次在动物的深度大脑组织中读取领略舆图行为的使命。
发现与发明的轮回
赖崇曦对大脑功能，非常是对“遐想”特地耽溺。
在很猛进度上，他的意思受到《寻找牵记》（In Search of Memory）这本书的教授。该书由神经科学家埃里克·坎德尔（Eric Kandel）所著，书中不仅展示了他的个东说念主生活和办事糊口，还先容了神经科学的发展和进军发现，以及牵记的本色和真谛。
对于遐想力对东说念主类的作用，赖崇曦珍贵英国形而上学家大卫·休谟（David Hume）的不雅点：统共东说念主都可能受到遐想力的主管，莫得遐想力，就莫得社会的安排。
恰是对大脑何如产生遐想的艳羡，驱动赖崇曦在8年多的时候里聚焦于此。
尽管赖崇曦的构想和设计十分精巧，却苦于莫得现成的海马体脑机接口用具。“这种深度组织的脑机接口根底就不存在，是以咱们要作念一个全新的东西。” 一个侵入式脑机接口包含三个部分，第一步是细胞大小的微电极组成的阵列，用来读取神经细胞的电信号。第二步是神经行为在线分析的用具，把原始的电信号转机为脉冲信号，恰是这些神经脉冲信号在大脑中完成了对外部宇宙和自身念念维的神经编码。第三步是解码器，解码器把来自无数细胞的脉冲信号转机为可解释的变量，比如说空间位置。赖崇曦说，他们重新构建了一个基于现场可编程门阵列（FPGA）的在线分析用具来输出神经脉冲信号，仅这一步就破耗了4年时候。
发现位置细胞的欧基夫曾亲口告诉赖崇曦，他早在上世纪90年代就想要组织工程师作念这个用具。但直到2016年以后，才连续有一些可用的用具研制出来。
“咱们完成的是为数未几的在线神经纪录分析用具内部起先进的，精度最高的，速率最快的。亦然独一能在一毫秒内让解码器获取单个神经细胞，单个神经脉冲信息的FPGA芯片。时间方针的冲破大开了诸多科学盘考的可能性。深度大脑组织的脑机接口是其中的一项。”赖崇曦告诉《返朴》。
在菲利普斯看来，在传统盘登第很难作念到将工程与发现永久都头并进，但赖崇曦他们的盘考给出了一个很好的案例，扫尾了“发现与发明的轮回”。当赖崇曦运转这个神气时，他把重点发轫放在时间上，但愿能一次纪录比他运转时多一个数目级的神经元，并能在一毫秒而不是几小时内解码这些神经元的含义。同期能处理的神经元数目和精度是解码质料的要害，处理神经信号的速率越快，留给解码器的时候预算就越充分。
解码器和在线纪录分析用具相同进军，老例的解码器对噪声终点敏锐，这些噪声可能来自于遐想本人，也可能来自于微电极在大脑中位置的细微变化。为了管束这些艰难，赖崇曦使用起先进的AI算法来完成去噪的历程。在把自研的FPGA芯片应用到具体实验后，赖崇曦他们入部下手建造与VR的映射干系，VR编程，动物行动锻练等，纪录并分析数据，并在这个历程中束缚优化AI解码器，这些使命又破耗了4年时候才最终成文。
莱斯大学的磨真金不怕火Caleb Kemere 在Science杂志的不雅点专栏里写说念：这一发现是大脑机器接口（BMI）应用从嗅觉通顺功能到更为领略界限的豪放东说念主心的膨胀，并默示海马体行为受到意识的截止。
畴昔，赖崇曦但愿基于这项着力，去作念偏临床标的的盘考。他认为统共这些用具链都不错用在东说念主类身上。把微电极植入在深度大脑组织中，在线分析的神经行为再进行AI解码，读取详细念念维并去噪，然后字据需要对大脑或环境进行支配。通过这类用具对大脑进行读写，这在畴昔是可能的。
赖崇曦确信，这套用具链在临床和基础盘考上都有繁密的用途。
参考文件
[1] https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh5206
[2] https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.04.07.536077v1
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