在捕食晚餐时，大棕蝙蝠必须锁定飞行的昆虫，并时刻关注周围环境，以免撞上它们。现在，科学家们得以一窥这些蝙蝠在俯冲和盘旋时的大脑活动。他们发现了一个大脑区域，该区域帮助蝙蝠感知物体相对于自身身体的位置，并观察到当蝙蝠专注于某个特定物体时，单个脑细胞会改变其行为。这项发表在4月10日《eLife》杂志上的研究结果，可能有助于我们理解人类注意力问题的某些方面，以及蝙蝠和其他动物在移动中的导航方式。
蝙蝠是了解大脑如何完成这项任务的一个很好的起点，因为它们的回声定位叫声可以精确地揭示它们在感知周围环境时注意力集中在哪里。“每一次发声，都如同用手电筒照亮世界，”合著者、约翰霍普金斯大学行为神经科学家Melville Wohlgemuth说。蝙蝠可以调整声呐束，以便更好地“看清”某个物体。通过更快速地发出叫声，蝙蝠可以捕获更详细的信息。
“几十年来，我们一直观察到它们会改变发声方式以获得更好的环境分辨率，但从未在神经层面证明过究竟发生了什么，”Wohlgemuth说。
为了弄清楚这一点，他和同事们植入了无线设备，记录大棕蝙蝠中脑的电活动，然后让它们在一个房间里飞行，房间里悬挂着塑料罐。当蝙蝠绕着这些障碍物飞来飞去时，科学家们录制了视频，以追踪它们的飞行路径和头部指向。研究小组还记录了蝙蝠的回声定位叫声。
通过将所有这些信息结合起来，研究人员可以确定哪些脑细胞在蝙蝠注意到障碍物时变得活跃。他们发现，一个名为上丘的区域，在蝙蝠移动时编码物体在三维空间中的位置。
这个大脑区域存在于所有脊椎动物身上。直到现在，科学家们一直受到笨重的脑部记录设备的限制，并且大多只能在静止的动物身上观察这个大脑区域，它们执行的是不自然的二维任务，比如看屏幕上的一个点移动。“我们真的想从大脑在真实世界中运作的角度来看待它，”Wohlgemuth说。“让动物不受束缚地飞行，并从大脑无线记录，这才是最近才实现的功能。”
事实证明，这个大脑区域的不同神经元对动物周围不同范围的空间敏感。所以，如果一只蝙蝠在飞行，当它接近左侧二十英尺远、与它同一高度的一根树枝时，某些神经元可能会放电。当蝙蝠的声呐声遇到下方游荡的鹿，或者正前方的灯柱时，其他神经元可能会变得更活跃。
当蝙蝠检查某个物体时，单个神经元会开始表现出不同的行为。当蝙蝠发出更快的叫声时，促使每个神经元放电的空间范围会缩小。“当蝙蝠注意到一个物体时，大脑中该物体的表征就会变得更加清晰，”Wohlgemuth说。换句话说，蝙蝠可以构建一个更精确的心理图像，了解它们正在发出叫声的物体的确切位置。在人类身上，当我们集中注意力看某个物体以看得更清楚时，可能会发生类似的事情。
科学家们认为，上丘也帮助动物对收集到的感官输入做出反应。它可能会促使蝙蝠改变飞行路径以避免撞树，或者开始快速发出叫声以捕获更多信息。未来，Wohlgemuth及其同事希望研究当蝙蝠飞行时，上丘中的运动神经元是如何活动的。
对于有注意力问题的人来说，研究人员怀疑上丘的功能不正常，这可能导致他们更容易被感官输入分散注意力。Wohlgemuth表示，了解这个大脑区域的活动在动物试图集中注意力时如何变化，也许有助于识别在患有ADHD的人身上，这些过程可能存在哪些缺陷。
