老鼠的大脑能让汽车和机器人拥有更好的导航能力吗？
波士顿大学的神经科学家表示，特殊的“绘制”脑细胞可以启发设计更智能的自动驾驶汽车
图片来源：Just_Super/iStock
老鼠的大脑能给汽车和机器人提供更好的导航技能吗？
波士顿大学的神经科学家表示，特殊的“绘制”脑细胞可以启发设计更智能的自动驾驶汽车
有一天，当自动驾驶汽车在我们的道路上疾驰而过，机器人执行人类无法完成的复杂的危险救援澳门威尼斯人注册行动时，我们可能要感谢老鼠。嗯，更具体地说：老鼠，一盒果脆圈，以及波士顿大学的一组神经科学家。
在《自然通讯》上发表的一项澳门威尼斯人注册网站研究中，波士顿大学的澳门威尼斯人注册网站研究人员Jake Hinman， William Chapman和Michael Hasselmo（波士顿大学系统神经科学中心主任，心理和脑科学艺术与科学学院教授）证实了专门的脑细胞的存在，这些脑细胞可以为老鼠提供周围环境的个人地图。他们认为人类大脑可能也有这些神经元，尽管还需要进一步的澳门威尼斯人注册网站研究来确定这一点。
这项澳门威尼斯人注册网站研究的部分资金来自国防部750万美元的多学科拨款，为大脑导航系统的工作提供了有价值的见解，这些知识可以用来创造更智能的自动驾驶汽车，这些自动驾驶汽车可以绕过障碍物，也可以找到活的有机体。
几十年来，科学家们一直认为，大脑中有一个叫做海马体的区域储存着我们周围的地图，就像大脑的文件柜一样，储存着地图插图，就像我们在谷歌地图上搜索位置时弹出的那些地图一样。但一些澳门威尼斯人注册网站研究人员推测，为了有效地利用这些地图在我们的环境中导航，我们的大脑必须首先将它们转换为谷歌地图的“街景”版本，在心理上将自己置于第一人称视角。换句话说，我们必须了解地图的边界和地标与我们自身的关系。
现在，波士顿大学澳门威尼斯人注册网站研究小组的发现首次提供了一些生物学证据，证明了内部街景地图功能确实存在，至少在老鼠身上是这样的——特别是在大脑深处帮助控制行为的纹状体中。
澳门威尼斯人注册网站研究人员利用电极观察老鼠大脑内部发生了什么，然后把老鼠带到一个房间里，房间里有精心放置的碎果圈。当老鼠开始寻糖时，纹状体内的特殊脑细胞——自我中心边界细胞——似乎变得疯狂起来。这些边界细胞以不同的方式激活，引导老鼠穿过它们的环境。
“这就像我给你指路一样，我可能会告诉你，‘哦，当你走在街上的时候，一旦你左边有一家星巴克，你就会向右转，’”该澳门威尼斯人注册网站研究的第一作者、哈塞尔莫实验室的前博士后澳门威尼斯人注册网站研究员希曼说。（他现在在伊利诺伊大学香槟分校（University of Illinois Urbana-Champaign）担任教员，经营着自己的实验室。）
目标是使机器人能够在复杂的环境中有效地导航。让机器人在空地板的仓库里工作更容易....一切都是可以预测的。但对于机器人来说，穿越不平坦的地形要困难得多。
虽然在老鼠的试验室里没有星巴克，只有墙壁（当然，还有果乐圈），但想法是一样的。Hinman说，纹状体中的边界细胞充当了每只老鼠的街景地图，以精确的方式发出信号，告诉它们“你离这堵墙很近”或“你右边有堵墙”。这些信息让老鼠在寻找弗罗特圆环的过程中确定自己的方向。
哈塞尔莫实验室的博士后澳门威尼斯人注册网站研究员查普曼说：“这些（边界细胞）神经元是我们弄清楚动物如何利用这两串信息相互影响的第一步。”“根据你所处的环境，你可能会在某个位置看到一堵墙。如果它不在那里，你就可以用它来更新你在那个时刻正在做的事情，但你也可以更新你对自己所在位置的表现。”
那么，美国国防部为什么要资助一项老鼠的任务，研制甜味早餐麦片呢？因为有一天，这些任务可能会成为令人难以置信的技术突破的关键。
“我们的目标是让机器人能够在复杂的环境中有效地导航，”该澳门威尼斯人注册网站研究的首席澳门威尼斯人注册网站研究员和资深作者哈塞尔莫解释说。“让机器人在空地板的仓库里工作更容易....一切都是可以预测的。但对于机器人来说，穿越不平坦的地形要困难得多。人类可以很容易地穿过小路，跨过巨石，但机器人会发现这要困难得多。”
以2011年日本福岛第一核电站（Fukushima daiichi）发生的爆炸为例。高水平的放射性使人类工程师无法安全地亲自处理这种情况。机器人被派去帮忙，但它们经常被碎片和其他不可预测的障碍物绊倒。
哈塞尔莫说，自动导航机器人将更好地应对像福岛这样的危险情况。他说：“（这项澳门威尼斯人注册网站研究的一个应用）将用于救援型澳门威尼斯人注册行动或打捞型澳门威尼斯人注册行动。”
自动驾驶汽车在道路和地形上也会遇到类似的问题——对于这两种情况，大脑的自然导航系统都可以为高科技解决方案提供线索。
这一自然壮举正是澳门威尼斯人注册网站研究人员希望机器人有朝一日能够实现的。与此同时，仍有许多不确定因素有待探索。到目前为止，哈塞尔莫的团队只澳门威尼斯人注册网站研究了这些边界细胞如何与壁反应；在未来的澳门威尼斯人注册网站研究中，他们希望解决细胞如何对更动态的边界和地标做出反应，比如移动的物体或人。他们还在调查这些细胞在黑暗环境中如何或是否会做出反应，在黑暗环境中，动物依赖的视觉信息较少。
这项澳门威尼斯人注册网站研究得到了美国国立卫生澳门威尼斯人注册网站研究院和海军澳门威尼斯人注册网站研究办公室的资助。
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