神經科學家團隊發(fā)現，嚙齒動物使用的導航系統(tǒng)類似于太平洋島民在沒有指南針的情況下穿越公海的方式。
它的研究成果發(fā)表在最新一期的《神經元》雜志上，糾正了一個常見的誤解：哺乳動物的導航系統(tǒng)像全球定位系統(tǒng)(GPS)一樣工作，它依賴于類似指南針的方向感。
“這些研究結果提供了新的令人信服的證據，表明我們內部組織的方向感是如何在外部世界注冊的，因此我們可以有效地導航，”紐約大學神經科學中心教授、本文資深作者安德烈芬頓(AndrFenton)說。“值得注意的是，我們在太空中的定位方法不同于GPS相反，我們的方向感基本上是主觀的，是內部組織的，斷斷續(xù)續(xù)地與外部地標注冊?！?
盡管許多人認為人類在大腦中使用類似全球定位系統(tǒng)的導航系統(tǒng)——該系統(tǒng)依賴于類似指南針的方向感——但這一過程的復雜性尚不清楚。
然而，已經確定哺乳動物的導航系統(tǒng)以海馬和內嗅皮層為中心——大腦的一部分對理解空間和記憶至關重要。
具體來說，約翰奧基夫、邁布里特莫澤和愛德華莫索爾分享了2014年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，因為他們發(fā)現了指示位置和距離運動的細胞——后者對于空間定位至關重要。他們的工作得到了紐約州立大學下州立醫(yī)學中心教授詹姆斯蘭克的調查的補充，他是神經元論文的合著者之一，他發(fā)現了指示信號方向的神經元。
為了更好地理解這些神經元碎片如何適應靜態(tài)和旋轉空間中的導航，芬頓、蘭克和他們的同事用老鼠進行了一系列實驗。
其中，他們創(chuàng)造了一種類似旋轉木馬的結構，既有固定部分，也有可移動部分。老鼠接受了導航任務的訓練，它們需要知道自己在移動和靜止框架中的位置。在這些任務中，科學家們監(jiān)測老鼠的神經活動，重點是頭部的定向細胞，這是導航系統(tǒng)最基本的組成部分。
然而，實驗結果提供了有限的見解。
“這些數據一開始非常清晰，完全無法理解，”芬頓說?！半m然導航性能很好，但頭部方向的細胞停止了信號在靜態(tài)或旋轉空間框架中的傳輸?！?
這個發(fā)現并不少見。多年來，科學家們一直試圖確定為什么實驗室老鼠能夠在頭部方向的細胞活動受到嚴格限制的情況下成功導航，這引發(fā)了關于這一過程如何在大腦中發(fā)生的問題。
然后，芬頓回憶起他從一本新西蘭醫(yī)生戴維劉易斯寫的書《我們，航行：太平洋尋找古代藝術》中學到的etak航行原理，蘭克在20世紀90年代初把這本書送給了芬頓。
從這項工作中，芬頓了解到，太平洋島民無需指南針就可以實現etak導航，因為他們在島嶼之間精確移動，而這些島嶼之間的距離又小又遠，以至于在旅行中大多數人都看不到，從而導致致命的導航錯誤。
“Etak導航是非常有效和主觀的概念化，”Fenton解釋說。“領航員利用天空中恒星的穩(wěn)定位置以及遠至島嶼的可見或想象地標的知識。
“雖然我們知道得更清楚，但航海家想象他是靜止的，旅行時地球在她的船下移動。對于導航，導航員定位他的隊列、etak地標和一顆星。然后她旅行，使附著在地球上的etak地標移動，直到它與導航儀和下一顆定向星共線。領航員在一系列這樣的階段中前進到目的地。
在etak的框架下，研究人員對導航進行了重新概念化，測量了大鼠每個頭部神經元相對于另一個頭部神經元活動的方向調整。他們發(fā)現，無論環(huán)境是穩(wěn)定的還是旋轉的，頭部方向的細胞都以內部一致的方式通過它們的活動發(fā)出信號。
此外，這種內部方向感測間歇地記錄——每10秒左右——特定空間中的不同地標。在注冊之間，導航鼠標就像etak導航器一樣跟蹤它的位置。
芬頓指出：“這些新發(fā)現與大多數人的感受是一致的，他們可能會間歇性地迷路并重新安置，尤其是在不熟悉的地方?！?
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