本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
想想当你走路时会发生什么。认真地思考一下。走路需要什么？嗯，你的脚和腿必须移动（远比看起来复杂得多），这意味着你的肌肉必须移动，这意味着你的神经必须控制你的肌肉，这意味着你的大脑必须首先发送信号。所有这一切都基于进一步的信息，了解你在空间中的位置和你要去哪里，你需要多快到达那里。然后还有更多！你怎么知道你在哪里？你怎么知道你走得多快？你怎么知道你朝哪个方向前进？而这一切的背后是成千上万甚至数百万的神经元同时或分别放电。而这一切的基础是成千上万的生化过程，这些过程使得神经元能够放电……
……现在把走路的速度变成跑。
使得你每天早上走进工作场所所需的神经生物学过程的数量以及需要发生的事情的数量，足以让神经科学家们惊叹驻足。
关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保关于塑造我们今天世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
今天，我们将讨论一篇论文，该论文可能已经研究出了大脑如何处理速度增加等问题的一小部分。你的大脑如何跟上你的脚步？
通过跑得稍微快一点。
Ahmed 和 Mehta。“跑步速度改变海马体伽马振荡的频率”《神经科学杂志》，2012年。
要理解这是如何运作的。我们需要讨论两个主要的事情：位置神经元和振荡网络。
位置神经元正如其名称所示。在海马体中，某些细胞会对特定的位置放电。当你使用电极阵列记录大鼠大脑中的细胞放电时，你实际上可以看见和听见神经元在大鼠环顾它以前去过的地方时放电（这绝对是一位年轻神经科学家激动人心和具有决定性意义的时刻之一）。某些神经元会对，比如说，左角放电，而另一些神经元会对右下角放电。
但接下来我们就要谈到振荡。你看，一个神经元不是单独放电的。它会与大量附近的神经元重复放电，反过来触发其他神经元放电，从而形成一个神经元放电网络。这些网络以特定的频率和模式放电，我们用频率来描述它们，并用 theta、gamma 和 beta 等名称命名。
问题是，当您移动时，位置细胞放电和神经振荡等事物如何变化？这项研究的作者想要了解位置细胞放电如何随着动物速度的变化而变化。为了做到这一点，他们将电极阵列连接到大鼠的海马体中，并观察它们的位置细胞在跑迷宫时的振荡。他们设置了一个漂亮的大的 Y 型迷宫，所有末端都有奖励，让动物以它们想要的速度跑。他们观察海马体中的活动如何随着速度的变化而变化。
您在这里可以看到的是位置神经元的伽马振荡功率与动物跑迷宫的速度之间的相关性。这不是振荡频率的增加，因为那样只会将其向上移动到刻度上，并且它将不再是伽马振荡。相反，它是功率的增加，更多神经元同步放电。他们发现，随着速度的增加，伽马振荡的功率也强烈相关地增加。
但这仅仅是动物速度的函数吗？还是更快地识别迷宫中不同点的函数？为了弄清楚这一点，他们只是将动物放在一个不同的迷宫中。结果仍然相同，大鼠的速度与海马体中的伽马振荡功率之间存在相关性。所以这不仅仅是知道你在哪里的结果。当你跑得快时，你大脑中的伽马振荡变得更强大，所以你的大脑也“运转得更快”。
但这意味着什么？是什么导致了伽马振荡的增加？嗯，伽马振荡功率的增加必须由某种东西触发。在这种情况下，作者假设到海马体中间神经元的兴奋性输入（其为位置细胞提供抑制性输入）可能决定了功率的增加。当他们记录中间神经元以及位置细胞的活动时，作者发现中间神经元的放电率与伽马功率的增加相关。这表明，增加的兴奋性输入刺激了中间神经元以增加抑制性输入，因为大鼠跑得更快，这可能会增加同步性，并可能驱动伽马振荡中功率的增加。
因此，跑步速度导致海马体中间神经元的兴奋性驱动升高，从而导致伽马范围内的神经振荡增加。所以基本上，更高的兴奋性驱动意味着更有可能更多的神经元以特定的频率同步放电。跑步速度提高了某些神经元的放电率，从而增加了其他神经元的振荡。因此，跑步速度最终与伽马振荡功率相关联。
但是，伽马振荡增加的目的是什么？由于这些发生在海马体中，它们很可能与学习和记忆有关。正如我上面提到的，海马体中的神经元编码诸如位置之类的信息，它们会对你在某个区域的位置做出反应而放电。当它们同步放电时，它们会在伽马范围内放电，从而产生这些伽马振荡（它们也会在 theta 范围内放电，但那是另一回事了）。
这是一个需要思考的重要事情。因为，如果你跑得更快，你也必须更快地确定你在哪里！这意味着你需要更快地处理你的空间信息。你如何做到这一点？嗯，作者提出了两种选择。首先，您可以省略空间识别处理的某些部分，跳过某些元素，以便您只获得最基本的信息。但您也可以……更快地运行整个空间处理序列。作者假设第二个选项可能是正确的。与速度相关的增加的伽马振荡是动物如何跟上自己的脚步的，随着它跑得更快，更快地处理空间知识。更快的转换可能使海马体细胞能够编码位置，无论你跑得多快。
当然，这并不是最终的结论。这篇论文表明，增加到海马体中间神经元的兴奋性输入会增加伽马振荡，并且这会随着你跑步的速度而变化……但是，兴奋性输入本身来自哪里？来自视觉系统？前庭系统？两者都有？虽然这为拼图提供了一个很酷且有趣的部分，但在了解我们如何走路和跑步方面，总是有另一个步骤。正是这样的谜题让神经科学家们驻足思考。
注意：我在推特上看到一些东西，让我觉得人们认为在移动速度更快时伽马振荡增加意味着你“思考得更好”或“更快”。那不是真的。这里伽马振荡功率的增加基本上是为了跟上你走得更快时的感觉处理，而不是让你在越野跑时突然产生聪明的想法。然而，有一些证据表明运动可以改善其他领域的认知。只是……不是在这篇论文中。
注意 2： 正如评论员 Horrible Clarity 指出的那样，我在谈论抑制性中间神经元时犯了一个错误。海马体中的中间神经元是 GABA 神经元，因此倾向于抑制它们影响的细胞。到中间神经元的兴奋性输入会驱动抑制性输入的增加，在这种情况下可能会增加同步放电。
Ahmed OJ, & Mehta MR (2012)。跑步速度改变海马体伽马振荡的频率。《神经科学杂志》：神经科学学会的官方期刊，32 (21), 7373-83 PMID: 22623683