想象你在一家连锁超市里，朝着乳制品区走去。你已经做过无数次了：在入口处向右转，远离农产品区，走过两打摆满罐装汤、盒装通心粉和其他主食的过道。工业冰箱应该就在这里。但它们不在。然后你记起：你是在城里的另一家超市，而不是你家附近的那家。其他一切都看起来一样，但乳制品区的位置被翻转了，你在商店的错误一端。
研究人员长期以来一直努力了解大脑如何记忆空间环境，特别是那些相似的环境——比如同一家超市连锁店的两个商店——以及大脑如何避免混淆，或者不避免。亚利桑那大学心理学家的一项新研究表明，大脑可能会将相似的环境视为比两个完全不同的环境更加不同。这个概念在脑科学家中被称为“排斥”。
“直到我们的研究，我们才不知道大脑如何可能区分这些事物，”资深研究作者、科学学院心理学教授、UArizona人类空间认知实验室主任Arne Ekstrom说。Li Zheng，Ekstrom实验室的博士后研究员，领导了这项研究，该研究发表在《自然通讯》杂志上。这些发现最终可能帮助科学家更好地理解为什么中风和阿尔茨海默病等病症会导致定向障碍和空间记忆不佳等症状。
“这里的含义可能是这种神经排斥机制可能是随着年龄增长而受损的东西，”Ekstrom说。“如果你理解健康、年轻大脑工作的机制，也许你可以更好地理解神经疾病和衰老中出错的一些事情。”研究中的27名参与者观看了从某人视角走过的三个虚拟城市的动画视频。这些城市看起来几乎相同：每个城市都有一个中心商店的圆形绿色区域，另外六个商店分布在城市的边缘。商店在每个城市中的位置都相同，但并非每个城市都有相同的商店。
三个商店可以在所有三个城市中的同一位置找到；另外三个商店只能在两个城市中找到；每个城市都有一个独特的商店。视频带领参与者从中心商店到每个城市中的其他商店进行虚拟步行。参与者被要求记住每个商店在每个城市中的位置，商店之间的相对位置，以及步行到某些商店所需的时间。他们可以回顾视频，直到他们觉得自己已经记住了三个城市的布局。
参与者随后被问及有关城市布局的问题，例如哪些商店在哪些城市以及商店之间的距离有多远。Zheng和Ekstrom表示，考虑到城市的相似性，这项任务被证明具有挑战性。那些在测试中得分至少80%的人再次观看了视频并回答了问题，但这次是在UArizona的BIO5研究所的MRI扫描仪内，该扫描仪拍摄了参与者大脑的图像，使研究人员能够在任务期间跟踪大脑活动。
研究人员观察到的大脑活动模式通常彼此非常相似，Zheng和Ekstrom说，因为城市本身非常相似。但当参与者被问及在多个城市中出现的商店时，他们的大脑活动惊人地不同——表明参与者的大脑将城市之间共享的相同商店视为比实际上完全不同的两个商店更加不同。Zheng和Ekstrom的发现表明，这就是我们的大脑在学习和使用有限的大脑能量重新学习每天发生的相似过程或体验之间走钢丝的方式。
例如，Ekstrom举了一个去餐馆的例子。外出就餐的许多方面总是相同的——被坐下，点餐和等待餐点。但与浪漫伴侣共进晚餐将比与同事共进晚餐有主要的不同。“这对大脑来说是一个挑战：我们日常生活中的很多东西都是相似的，所以没有理由使用我们有限的资源来重新学习非常相似的体验，”Ekstrom说。“但与此同时，我们日常生活中有一些我们必须视为不同的事情，以便能够学习。
”这项研究还加强了对大脑存储两个环境之间相似性信息的位置的理论支持。该研究表明，这些信息可能保存在前额叶皮层——大脑前部管理复杂功能（如计划和决策）的部分。另一个理论认为，这些信息存储在大脑中，该部分在大脑中起着重要作用，在记忆和导航空间中起着重要作用。人类有两个海马体，每个大约一厘米长，位于大脑两侧的耳朵附近。
Zheng和Ekstom计划将他们的发现应用于更多关于中风和阿尔茨海默病等神经疾病的问题。Ekstrom实验室的一个房间最终将成为一个虚拟现实空间，研究人员可以在其中创建一个虚拟超市，研究老年人或那些有患阿尔茨海默病风险的人如何导航和学习新空间。视频和虚拟现实工具长期以来一直用于Ekstrom的实验室研究空间导航和记忆。
这项工作建立在Zheng在中国进行神经科学研究时使用的方法之上，他在2019年加入Ekstrom的实验室研究空间认知之前。“我以前的工作集中在‘什么’上，”Zheng说。“来到这里是一个研究‘何时’和‘何地’的好机会。”