图片：杰里米·卡普兰 虚拟迷宫，此处从玩家的角度展示，需要空间推理，研究人员将其与大脑中称为 theta 振荡的电活动周期联系起来。 |
我们的导航能力位于何处是无法精确确定的。大脑没有中央 GPS 单元。但科学家们正在逐渐逼近我们如何在熟悉的环境中确定转弯方向。最近的研究阐明了我们对视觉线索和语言的使用。《自然》杂志 6 月 24 日刊登的一篇新论文报告说，人们的空间推理实际上会产生称为 theta 振荡的特定模式的电活动。
早期的工作已将缓慢、有节奏的 theta 振荡与大鼠的寻路联系起来，但在人类身上建立同样的联系却很困难。用于观察大脑活动的非侵入性方法——如磁共振成像 (MRI) 和正电子发射断层扫描 (PET)——无法捕捉到脑电波。为了观察到它们，布兰迪斯大学的迈克尔·卡哈纳、罗伯特·塞库勒、杰里米·B·卡普兰和马修·柯申，以及波士顿儿童医院的神经外科医生约瑟夫·R·马德森，招募了三名青少年来帮忙。
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所有三名青少年都患有严重的癫痫症，这是一种以大脑中类似电风暴为特征的疾病。对于所有三个人来说，药物都未能控制由此产生的癫痫发作。因此，他们即将接受精细的手术，医生会在手术中切除大脑中风暴起源的区域。为了确保他们不会损害健康和重要的组织，医生首先使用直接放置在大脑表面的电极来监测此类患者。正是这些电极让卡哈纳和他的团队能够记录 theta 波。
图片：杰里米·卡普兰 THETA 波是高振幅、慢波，其特征是频率适度低的波，范围为 4 到 8 赫兹。上面的时间范围约为三秒。 |
为了促使受试者进行空间推理，研究人员让他们玩视频游戏——本质上是由一名 15 岁的学生为这项研究设计的长短 3-D 虚拟迷宫的集合。青少年们在箭头引导下四次穿过每个迷宫到达终点。然后，他们被要求在无人协助的情况下导航每个迷宫，直到他们能够连续至少三次无错误地穿过迷宫的长度。
在这两种情况下，这项任务都在所有三名受试者的大脑的许多不同区域（包括颞叶皮层，一个与记忆有关且经常发生癫痫的区域）产生了强烈的 theta 波活动。此外，较长的迷宫会引发更频繁的 theta 振荡周期。有趣的是，当青少年试图回忆迷宫而不是第一次学习迷宫时，theta 周期也更常见。尽管可能没有对照组——因此科学家无法保证这些模式也会在非癫痫大脑中出现——但我们完全有理由相信它们会：在一个受试者中，癫痫组织和产生强 theta 波的组织完全分离。
这项研究不仅证实了在迷宫中蜿蜒前进时，大鼠和人类具有相似的脑活动，而且还为探索治疗癫痫的新途径打开了大门。“通过今天玩视频游戏，这些英勇的青少年正在帮助未来的孩子们拥有更快乐、更健康、没有癫痫发作的生活，”塞库勒指出。“通过更多的工作，我们或许能够了解为什么大脑的节律活动有时会失控。我们的长远目标是开发治疗癫痫的方法。”