2020年6月2日，《Cerebral Cortex》在線刊發(fā)了北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、麥戈文腦科學(xué)研究所納家勇治研究員課題組的論文“Medial prefrontal cortex represents the object-based cognitive map when remembering an egocentric target location”。
在一個我們熟知的空間環(huán)境中，當(dāng)我們回憶一個物體位置時往往需要同時回憶包括自己和其他空間元素在內(nèi)的整個空間環(huán)境，我們把它稱為“認(rèn)知地圖”(Tolman 1948)。以往研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些組成認(rèn)知地圖必要空間元素的神經(jīng)表征，例如內(nèi)側(cè)顳葉的位置細(xì)胞和方向細(xì)胞對自我位置和自我面朝方向的表征（O'Keefe and Dostrovsky 1971；Vass and Epstein 2013）。然而一張認(rèn)知地圖由多種空間元素構(gòu)成，一個完整空間的神經(jīng)表征還有待探索，同時，同一張認(rèn)知地圖可以被用來完成不同的空間任務(wù)，例如定位自己的位置和定位一個物體的位置，大腦如何在不同任務(wù)下使用認(rèn)知地圖也同樣有待驗證。
為了回答這些問題，我們設(shè)計了一個基于3D游戲引擎的全新空間記憶任務(wù)(Fig. 1a)。每個任務(wù)試次中，被試以第一人稱視角向3個卡通玩偶行走并停在玩偶中間（walking period）。其中，3個玩偶獨特的相對空間位置被定義為地圖(Fig. 1b)。而后，被試需使用認(rèn)知地圖信息在面朝方向變化后定位自己的位置(facing period)，以及定位一個物體的位置(targeting period)。表征相似度分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)定位自己位置時，認(rèn)知地圖由內(nèi)側(cè)顳葉的海馬表征，而當(dāng)定位物體位置時，認(rèn)知地圖被內(nèi)側(cè)前額葉表征(Fig. 2)。該結(jié)果首次為基于多個物體（例如人類）構(gòu)成的認(rèn)知地圖神經(jīng)表征的存在提供了實驗證據(jù)，為后續(xù)的空間認(rèn)知研究提供了方向（例如基于移動物體認(rèn)知地圖形成的神經(jīng)機(jī)制）。
Fig.1 (a)空間記憶任務(wù)。被試在每個試次經(jīng)歷3個階段：walking階段，被試朝向3個卡通玩偶行走最終停在玩偶之間的圓形木板上；facing階段，屏幕上呈現(xiàn)一個玩偶，提示被試所面朝的方向發(fā)生變化，且當(dāng)前面朝該玩偶；targeting階段，另一個玩偶的照片在屏幕上呈現(xiàn)，被試需定位該玩偶相對于自身的方向，并稍后做出選擇。（b）每一張地圖被定義為3個玩偶獨特的相對空間位置。(c)對于每一張地圖，被試將經(jīng)歷從4個不同的方向走向3個玩偶。雖然地圖是相同的，經(jīng)歷的空間刺激不同。
Fig.2 在定位自己位置和定位物體位置空間要求下的認(rèn)知地圖神經(jīng)表征。
論文鏈接: https://doi.org/10.1093/cercor/bhaa117
該課題由國家自然科學(xué)基金委資助完成。納家勇治研究員為本文通訊作者，心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院博士生張博為論文的第一作者。
參考文獻(xiàn)
Tolman, E. C. (1948). Cognitive maps in man and animals. Psychol Rev, 55, 189-208.
O'Keefe, J., & Dostrovsky, J. (1971). The hippocampus as a spatial map: preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain research.
Vass, L. K., & Epstein, R. A. (2013). Abstract representations of location and facing direction in the human brain. Journal of Neuroscience, 33(14), 6133-6142.
2020-06-12