我们如何表示大脑中的空间?自20世纪中期以来，神经科学家一直在研究这个问题，当时EC Tolman等研究人员开始在迷宫中对老鼠进行实验。当老鼠被放置在一个有食物奖励的迷宫中，老鼠被训练去找回食物，老鼠总是选择通往奖励的最短路径，即使他们之前没有练习过那条路径。
萨姆·格什曼对我们如何对环境信息进行编码很感兴趣。50多年后，像哈佛大学格什曼实验室的博士萨姆·格什曼(Sam Gershman)这样的研究人员仍在研究我们的大脑是如何对空间信息进行编码的。
格什曼的研究问题围绕着认知地图的概念，认知地图允许大脑代表空间中的地标和地标之间的距离。2月7日，他在杜克大学(Duke)认知神经科学研究中心(Center for Cognitive Neuroscience)的研讨会上发表了讲话。
地图是通过强化学习形成的，其中包括预测和最大化未来的奖励。当一个人面临有多个步骤的问题时，他们可以依靠之前学过的对未来的预测来做到这一点，这种方法被称为“后继者表征”(SR)，它表明我们大脑中的地图是预测的，而不是追溯的。
在物理空间的表达中，一个特定的区域是海马体，海马体的位置细胞活动与物理空间中的位置相对应。在一项研究中，格什曼发现，当老鼠在空间中移动时，与空间物理位置相对应的磁场活动与运动方向相反;换句话说，活动既反映了啮齿动物当前的位置，也反映了它刚刚的位置。这个模式建议对信息进行编码，以便将来在相同的地形中旅行时使用:用格什曼的话来说，“当你重复地沿着线性轨迹旅行时，你身后的位置现在可以预测你未来的位置。”
定位细胞的激活模式既对应于动物所在的位置，也对应于动物刚才所在的位置，这表明在学习过程中需要构建一个预测地图。图片由Stachenfield等人提供，2017年。在啮齿动物遇到新障碍的研究中，认知活动反映了预测图的构建，这一观点得到了进一步的支持。在被训练从一个特定的位置获取奖励后，沿着这条已知的路径引入一个障碍，当它们靠近这个障碍时，会导致地方细胞活动增加;这种动物正在更新它的预测地图，以解释这种新的障碍。
这个模型还解释了一个叫做“环境暴露前促进效应”的概念，即当动物被引入一个新的环境，随后被暴露在一个轻微的电击中。与那些在新环境中立即受到电击的动物相比，那些在接受电击之前在新环境中待了更多时间的动物在随后接触盒子时表现出更强的恐惧反应。格什曼将这一观察结果归因于动物构建新环境预测图所花费的时间;如果动物在构建其预测图之前就受到了电击，那么它可能就不太能够概括出对新环境的恐惧反应。
有了对认知地图的理解，格什曼提出了一个引人注目且影响深远的模型，来解释我们如何对环境信息进行编码，以帮助我们在未来的任务和决策中发挥作用。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://researchblog.duke.edu/2020/02/22/predictive-maps-in-the-brain/