发现：大脑“内部指南针”缺失的部分
我们的大脑让我们处于地图上。Lightspring/Shutterstock
如果你散步后想回家，你需要知道你与目的地之间的距离。要做到这一点，你需要知道你面朝哪个方向，以及家在哪个方向。这一切对人类和其他动物来说似乎都是相当本能的，那么我们该如何做到这一点呢？
我们对这个出乎意料的难题的理解刚刚向前迈进了一步新论文由迈克尔·查德威克 (Michael Chadwick) 及其同事撰写并发表在《当代生物学》杂志上的论文指出了我们大脑中对于到达目的地的方向的本能感觉所在的位置。
成功从任意地点导航到目的地的方法之一是学习和记住周围环境的信息，并利用这些信息来定位自己。但学习这些空间信息的过程表明，大脑中一定有某种形式的信息表示。这可以被认为是一种神经地图——一种编码空间的方式，将周围环境的信息映射到你的脑细胞上。
当你改变方向时，有用的方向感必须更新。Chadwick/Jolly/Amos/Hassabis/Spiers/当代生物学，共享许可协议
这样的地图可以让你找到自己的路——这是任何动物生存的必备能力。过去几十年来，人们一直致力于研究大脑如何存储空间信息，以及大脑如何让我们有效地找到路。
寻找大脑中的地图
20 世纪 70 年代末，人们在老鼠的大脑中发现了所谓的“认知地图所在地”，即海马体。实验表明，当老鼠在实验场地的特定区域行走时，特定的神经元会激发。后续研究表明，这些神经元与空间紧密相关——它们被命名为位置细胞。
问题随后转向了究竟哪些信息是被学习和记住的。通过一组巧妙的实验，研究人员发现老鼠会编码和存储与距离和方向相关的信息。有关距离的信息存储在海马体中称为内嗅皮质，所谓的网格单元。
当动物行走时，这些网格细胞会以镶嵌图案的形式激发，其运作方式似乎有点像方格纸，让动物了解行走的距离。方向信息存储在头部方向细胞，当动物面向特定方向（例如北方）时，这种信号就会触发。
所有这些信息都被输入到位置细胞中，位置细胞将它们整合在一起——这就是为什么我们可以认为海马体包含我们自己的内部空间地图。这对我们理解大脑如何运作非常重要，以至于2014年诺贝尔生理学奖授予了第一个发现位置细胞的约翰·奥基夫（John O'Keefe）以及发现网格细胞的爱德华·莫泽（Edvard Moser）和梅-布里特·莫泽（May-Britt Moser）。
因此，我们了解了动物如何编码思维地图，以及它们如何知道自己面向哪个方向。但是，要利用这一点并遵循方向感，动物还需要知道家在哪个方向。该论文的作者已经确定了这些信息在大脑中的存储位置，以及如何使用它来为人类或动物定位。
内在的指南针
在他们的实验中，人类受试者被赋予虚拟现实环境来探索和学习，然后被要求完全根据记忆判断目的地在哪个方向。同时，受试者的大脑被扫描功能磁共振成像，通过监测血流变化来测量大脑活动。
用于测试寻路的虚拟环境。Chadwick/Jolly/Amos/Hassabis/Spiers/当代生物学，共享许可协议
通过观察在导航任务中神经元的放电模式，研究人员发现，活动集中在内嗅皮层，表明这是大脑的“内部指南针”和方向感的来源。
有趣的是，当一个人面向目标方向时，神经元放电的模式与他们仅仅想象目标方向时非常相似。研究人员认为，大脑可以利用神经元的这种特性，在不实际移动的情况下模拟大脑中的预期方向。他们假设头部方向细胞从一个角色切换到另一个角色，因此它们最初参与表示当前的前进方向，然后再切换到模拟目标方向。通过这种方式，神经元可以帮助规划回家的路线。
大脑这一区域的活动强度与人的导航能力有关：活动越少，方向感就越不准确。这也是大脑中最先受到阿尔茨海默氏症等疾病损害的区域之一，这或许可以解释为什么迷路和困惑是患者早期常见的问题。
