欧几里得几何是描述二维（2D）和三维（3D）环境中形状和空间关系的数学分支。欧几里得几何的规则指导我们理解世界及其所有组成部分。耶鲁医学院的研究人员最近进行了一系列实验，旨在了解出生后不久的早期欧几里得几何体验如何影响海马体中细胞组装的发展和组织，海马体是大脑中对空间表示、导航和记忆至关重要的区域。
他们的最新发现发表在《自然通讯》上，研究表明，早期生活中的欧几里得空间体验显著丰富了啮齿动物海马体中的神经元模式，使它们能够更好地区分不同的线性环境。“我们感兴趣的是了解空间体验在早期产后发展中的具体作用，以及内在的、基因规定的因素在海马体中关键的空间表示和情景记忆形成所需的神经元集合顺序活动模式出现中的作用。”该论文的资深作者、耶鲁医学院副教授乔治·德拉戈伊告诉Medical Xpress，“我们将这种内在因素与动物经验之间的相互作用视为生物学中的经典天性与教养问题。”
在他们之前的一篇论文中，德拉戈伊和他的同事在耶鲁大学确定了一个三阶段过程，该过程塑造了啮齿动物出生后第三周和第四周海马体中观察到的神经模式。他们发现，海马体中用于顺序编码的网络预配置在出生后第17天（即P17）出现，而成年样神经网络可塑性模式在第24天（即P24）出现。“有趣的是，P24也是大鼠首次能够形成长期记忆的日子，因为在那之前，它们表现出一种正常的长期记忆缺失形式，称为婴儿失忆，这是在早期产后几天内无法形成在成年期可以回忆的记忆的能力。”德拉戈伊说。
然而，在他们之前的实验中，天性和教养的具体作用无法分开，部分原因是他们的大鼠都被关在立方体笼子里。研究人员发现，年轻大鼠被放置在实验笼子中的几何形状可能隐含地允许它们体验欧几里得几何线性、平面表面、角落和垂直墙壁。这种几何暴露可能反过来促进了预配置顺序网络活动模式的出现，从而影响了团队实验的结果。
“为了克服我们之前实验的局限性，我们从出生起就在非欧几里得球形环境中饲养了一组大鼠，从而使它们完全缺乏上述欧几里得几何特征的体验（仅限天性，剥夺组），并调查了与在欧几里得立方体笼子中饲养的大鼠（天性+教养，对照组）相比，海马体中预配置和可塑性顺序神经模式的发展情况。”德拉戈伊解释道。
研究人员使用脑电图（EEG）记录了两组实验大鼠海马体中神经集合的活动，这些大鼠分别居住在球形笼子或立方体笼子中。他们在P24（即网络活动先前被发现变得成年样的那一天）收集了记录，当时大鼠探索了不同的线性轨道四天，每次探索之间休息。“我们感兴趣的是，剥夺组大鼠是否也在P24达到了预配置和可塑性顺序模式的第三发展阶段。”德拉戈伊说，“我们还试图确定剥夺组大鼠与对照组在首次表示欧几里得线性几何、区分多个线性环境方面有何不同，以及在四天的实验期间体验欧几里得几何是否会逆转任何潜在的变化。”
德拉戈伊和他的同事进行的新实验产生了各种有趣的发现。首先，研究团队观察到，即使在出生后的前几周没有体验过欧几里得几何的大鼠，其海马体中也出现了预配置和可塑性顺序网络模式。这表明，这些海马体顺序细胞组装在啮齿动物中的发展主要由内在因素（即天性）驱动，而不是体验（即教养）。“我们还观察到，剥夺组大鼠最初不能表达线性轨道起点与终点之间的不同表示，也不能区分三个独立的线性轨道，这表明天性能够产生通用的线性轨道表示，而直接体验几何线性（即教养）则构建了一套网络模式，增加了网络对不同线性特征和上下文的表示能力。”德拉戈伊说，“值得注意的是，经过三到四天的欧几里得几何体验后，这两组大鼠之间的差异消失了。”
这项研究的发现有助于更好地理解大脑，特别是海马体的早期发展，同时也暗示了推动这一发展的因素。然而，一些问题仍未得到解答，德拉戈伊和他的同事希望在接下来的研究中回答这些问题。“因为球体是由半透明（不透明）材料制成的，我们无法区分视觉和非视觉体验欧几里得几何的剥夺。”德拉戈伊补充道，“在透明球体中饲养大鼠，使其能够看到欧几里得几何但没有直接的感官-运动体验，将是一个有趣的后续实验。其次，更长时间的剥夺可能会（或不会）导致不可逆或部分可逆的影响，这也将在未来进行研究。”
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