虛擬現(xiàn)實促進大腦節(jié)律,對神經(jīng)可塑性、學(xué)習(xí)和記憶的影響
在大鼠身上的一項新發(fā)現(xiàn)表明,在沉浸式虛擬現(xiàn)實環(huán)境中,大腦的反應(yīng)與真實世界不同。
神經(jīng)科學(xué)新聞網(wǎng)6月28日消息
這一發(fā)現(xiàn)可以幫助科學(xué)家理解大腦是如何將不同來源的感官信息整合在一起,從而形成我們周圍世界的連貫畫面的。它還可能為“虛擬現(xiàn)實療法”鋪平道路,用于治療與學(xué)習(xí)和記憶相關(guān)的疾病,包括注意力缺陷多動障礙(ADHD)、自閉癥、阿爾茨海默病、癲癇和抑郁癥等。
Mayank Mehta博士是W. M. Keck神經(jīng)物理中心的負(fù)責(zé)人,也是加州大學(xué)洛杉磯分校物理、神經(jīng)病學(xué)、電子和計算機工程系的教授。他的實驗室研究的是一個被稱為海馬體的大腦區(qū)域,它是學(xué)習(xí)和記憶(包括空間導(dǎo)航)的主要驅(qū)動力。為了了解其在學(xué)習(xí)和記憶中的作用,海馬體已在大鼠執(zhí)行空間導(dǎo)航任務(wù)時進行了廣泛研究。
Mayank Mehta博士
當(dāng)大鼠四處走動時,大腦這部分的神經(jīng)元以每秒8個脈沖(8 Hz)的速度同步電活動。這是一種被稱為“θ節(jié)律”的腦電波,它是在60多年前被發(fā)現(xiàn)的。
θ波節(jié)律的中斷也損害了大鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力,包括學(xué)習(xí)和記憶迷宮路線的能力。相反,更強的θ波節(jié)奏似乎能提高大腦學(xué)習(xí)和保留感覺信息的能力。
因此,研究人員推測,提高θ波可以改善或恢復(fù)學(xué)習(xí)和記憶功能。但直到現(xiàn)在,還沒有人能夠加強這些腦電波。
“如果這種節(jié)律如此重要,我們能否用一種新的方法使其更強?” Mehta博士問道,“我們能重新調(diào)一下嗎?“
海馬體中神經(jīng)元的損傷會干擾人們對空間的感知——“為什么阿爾茨海默病患者容易迷路,” Mehta博士說。他說,他懷疑θ波節(jié)律可能在這種感知中發(fā)揮了作用。為了驗證這一假設(shè),Mehta博士和他的同事們?yōu)榇笫蟀l(fā)明了一種沉浸式虛擬現(xiàn)實環(huán)境,其沉浸性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過商業(yè)上可用的人類虛擬現(xiàn)實。
虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以讓大鼠看到自己的四肢和影子,消除了某些令人不安的感覺,比如頭部運動和場景變化之間的延遲會讓人頭暈。
“我們的虛擬現(xiàn)實是如此引人注目,” Mehta博士說,“大鼠喜歡跳進去,快樂地玩游戲!
為了測量大鼠的大腦節(jié)奏,研究人員將比人類頭發(fā)還要細(xì)的微小電極植入大鼠大腦的神經(jīng)元中。
“事實證明,當(dāng)大鼠處于虛擬現(xiàn)實中時,神奇的事情會發(fā)生,” Mehta博士說,“他會去虛擬噴泉邊喝水,在那里打個盹,四處看看,探索這個空間,就好像它是真實的一樣。”
值得注意的是,Mehta博士說,與自然環(huán)境相比,當(dāng)大鼠在虛擬空間中奔跑時,θ節(jié)律變得明顯更強。
他表示:“當(dāng)我們看到虛擬現(xiàn)實體驗對θ節(jié)律增強的巨大影響時,我們被震驚了!
這一發(fā)現(xiàn)表明,這種獨特的節(jié)奏是大腦辨別體驗是真實還是模擬的一個指標(biāo)。例如,當(dāng)你走向一個門口時,你眼睛的輸入會顯示門口變大了。“我怎么知道是我向前邁了一步,而不是墻迎面向我靠近呢?”Mehta博士說。
答案是:大腦使用其他信息,比如平衡從一只腳到另一只腳的移動,你的頭在空間中的加速度,你周圍其他靜止物體位置的相對變化,甚至空氣對著你的臉移動的感覺來決定你在移動,而不是墻。
另一方面,一個人在虛擬現(xiàn)實世界中“移動”會體驗到一種非常不同的刺激。
“我們的大腦一直在這樣做,它在檢查各種各樣的事情,” Mehta博士說。不同的θ波節(jié)奏可能代表了大腦區(qū)域在收集所有信息的過程中相互交流的不同方式。
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