身為人類，我們生活在我們的思想中，從思考晚餐做什麼到做最後一次海灘度假的白日夢。現在，HHMI Janelia研究校區的研究人員發現動物也有想像。Lee和Harris實驗室的一個團隊開發了一種結合虛擬實境和腦機介面的新系統，偵測大鼠的內心想法。

他們發現，和人類一樣，動物可以想像不在它們面前的地方和物體，用它們的思想想像走到一個地方或把一個遙遠的物體移動到一個特定的地方。

和人類一樣，當囓齒類動物經歷地點和事件時，海馬區(大腦中負責空間記憶的區域)會活化特定的神經活動模式。這項新研究發現，大鼠可以自發性地產生相同的活動模式，並以此回憶遠離目前位置的遙遠位置。

實驗室博士後、論文的第一作者Chongxi Lai說:「大鼠確實可以在不去那裡的情況下激活環境中地方的代表。即使它的身體是固定的，但空間思維也可以去到一個非常遙遠的地方。”

這種想像遠離目前位置的位置的能力對於記住過去的事件和想像可能的未來情景是至關重要的。因此，這項新研究表明，動物和人類一樣，擁有一種想像力。

Albert Lee說，“想像是人類能做的一件了不起的事情。現在我們發現動物也能做到這一點，我們找到了一種研究它的方法。”

一種新穎的腦機接口

這個計畫開始於九年前，當時Lai作為研究生來到Janelia，他的想法是測試動物是否會思考。他的導師，Janelia高級研究員Tim Harris建議他走到大廳去和Lee聊天，Lee的實驗室也有類似的問題。

兩家實驗室共同致力於開發一種系統，以了解動物在想什麼——一種即時的“思想探測器”，可以測量神經活動並翻譯其含義。

該系統使用腦機介面(BMI)，在大腦活動和外部設備之間提供直接連接。在該團隊的系統中，BMI產生了大鼠海馬體的電活動與其在360度虛擬實境舞台上的位置之間的連結。

海馬體儲存著與回憶過去事件和想像未來情景有關的世界地圖。回憶涉及與地點和事件相關的特定海馬活動模式的產生。但沒有人知道動物是否能自願控制這種活動。

BMI可以讓研究人員測試老鼠是否可以啟動海馬體活動，只想到競技場中的一個位置，而不實際去那裡——本質上，檢測動物是否能夠想像去那個位置。

探查老鼠內心的想法

一旦他們發展出自己的系統，研究人員就必須創建一個“思想詞典”，使他們能夠解碼鼠的大腦信號。這個字典彙編了大鼠在經歷某些事情時的活動模式——在這種情況下，是在虛擬實境舞台上的地方。

這隻大鼠被控制在由實驗室博士後Shinsuke Tanaka設計的VR系統中。當大鼠在一個球形跑步機上行走時，它的動作會在360度的螢幕上顯示出來。當大鼠導航到目標時就會得到獎勵。

同時，BMI系統記錄了大鼠的海馬活動。研究人員可以看到，當大鼠在競技場中導航以達到每個目標時，哪些神經元被激活了。這些訊號為即時海馬體BMI提供了基礎，大腦的海馬體活動被轉化為螢幕上的動作。

接下來，研究人員斷開跑步機，並獎勵再現與目標位置相關的海馬活動模式的大鼠。在這項以2008年一部同名電影命名的「跳躍者」任務中，BMI將動物的大腦活動轉化為虛擬實境螢幕上的運動。從本質上講，動物透過先思考他們需要去哪裡獲得獎勵來利用它的思想導航到獎勵。這種思考過程是人類經常經歷的。例如，當我們被要求去一家熟悉的商店買雜貨時，我們可能會在離開家之前想像我們會經過的地方。

在第二個任務中，「絕地武士」任務——向《星際大戰》致敬——大鼠僅憑思想將物體移動到一個位置。大鼠被固定在一個虛擬的地方，但透過控制它的海馬體活動，將物體「移動」到虛擬現實空間的目標，就像坐在辦公室裡的人可能會想像拿起咖啡機旁邊的一個杯子，然後把它裝滿咖啡一樣。然後，研究人員改變了目標的位置，要求動物產生與新位置相關的活動模式。

研究團隊發現，大鼠可以精確且靈活地控制它們的海馬活動，就像人類可能會做的那樣。動物也能夠維持這種海馬體活動，將它們的思想停留在一個給定的位置幾秒鐘——這個時間框架類似於人類重溫過去的事件或想像新的場景。

Harris說:“令人驚訝的是，大鼠是如何在很長一段時間內學會思考這個地方，而不是其他地方的，這可能是基於我們naïve對大鼠注意力持續時間的理解。”

這項研究還表明，BMI可以用來探測海馬的活動，為研究這個重要的大腦區域提供了一個新的系統。根據作者的說法，由於BMI在義肢中的應用越來越多，這項新工作也為基於相同原理設計新型義肢裝置提供了可能性。