科学家们早就知道，大脑中被称为海马体的区域对记忆、学习和导航很重要。

现在，由神经物理学家Mayank Mehta领导的加州大学洛杉矶分校实验室的科学家们正在对海马体在电路层面的工作方式有更深入的了解，也就是说，涉及到数百万神经元网络的功能。这一发现可能是开发阿尔茨海默病、精神分裂症和癫痫等神经疾病治疗方法的重要一步，这些疾病都与海马体功能障碍有关。

在他们发表在《自然》杂志上的最新研究中，科学家们研究了虚拟现实迷宫中的老鼠。在观察每只动物海马体中大量单个神经元的活动时，科学家们发现这些神经元的反应揭示了一种特定的导航机制。

“海马体是阿尔茨海默氏症等以记忆为基础的疾病最先受到影响的区域之一，”该研究的主要作者杰森·摩尔(Jason Moore)说，他曾是加州大学洛杉矶分校(UCLA)的博士后学者，目前在纽约大学(New York University)工作。“因此，理解它的功能、灵活性和局限性至关重要。”

这项研究可能有助于解释为什么海马体受损的人斗争不仅与所谓的空间任务,像找到了回家的路或定位丢失的钥匙,但也与记忆的任务,如回忆他们吃午饭还是他们把日常药物。

该实验使用了Mehta实验室开发的一种虚拟现实系统。这项技术旨在让动物保持舒适，避免引起头晕和其他虚拟现实系统可能引发的症状。

在这项研究中，老鼠被放置在一个盒子里的小型跑步机上，盒子的墙壁上投影着迷宫的图像。这些老鼠被鼓励在迷宫中奔跑，寻找它们的奖励——一滴糖水。为了获得奖励，老鼠需要分辨出自己与周围虚拟物体的关系，它们需要去哪里获得奖励，以及目的地有多远。

研究人员对几只动物进行了多次测试，观察到当老鼠学会走迷宫时，神经元的反应是如何变化的。

科学家们观察到，海马神经元对动物位置的多个方面进行了编码——它在空间中的位置，它的身体相对于奖赏的角度，以及它沿着路径移动了多远——这种现象被称为“多重化”。

这一发现意义重大，因为此前人们普遍认为海马体中的神经元只对位置进行编码。

“我们发现，在虚拟迷宫中，神经元携带的关于老鼠位置的信息非常少，”加州大学洛杉矶分校神经学、神经生物学和物理学教授Mehta说。“相反，大多数神经元对导航的其他方面进行编码，比如行走的距离和身体前进的方向。”

科学家们还观察到，当老鼠在迷宫中获得经验时，它们的神经元“记住”了迷宫，甚至更加可靠和准确。

梅塔实验室和其他地方过去25年的研究表明，神经元活动的这种变化——或神经可塑性——是通过一种神经科学家称之为赫比恩学习的过程发生的。这一过程是由一种叫做NMDA的神经化学物质介导的，NMDA是治疗神经疾病药物的常见目标。

梅塔说，科学家们在老鼠身上观察到的神经可塑性很可能是由于赫比安通过数十亿个突触进行学习的结果。当研究人员给这些动物注射抑制NMDA的物质时，这一结论得到了进一步的证实，NMDA会损害它们在迷宫中的表现。

梅塔说:“值得注意的是，虚拟现实环境中的神经可塑性比简单的现实世界迷宫中的要大得多。”“此外，这种增强的神经可塑性与表现有关。”

参与这项研究的还有共同作者杰西·库什曼、拉瓦尼亚·阿查里亚和布里安娜·波佩尼，他们都是加州大学洛杉矶分校的学生，以及几名加州大学洛杉矶分校的本科生。

在未来的研究中，Mehta和他的同事将在有记忆障碍的老鼠和人类身上进行类似的研究，以测试虚拟现实能否用于早期诊断，并评估药物的有效性。