神經(jīng)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，嚙齒動(dòng)物使用的導(dǎo)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(jīng)元》雜志上，糾正了一個(gè)常見的誤解：哺乳動(dòng)物的導(dǎo)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(jié)果提供了新的令人信服的證據(jù)，展示了我們內(nèi)部組織的方向感是如何在外部世界注冊(cè)的，因此我們可以有效地導(dǎo)航，”紐約大學(xué)神經(jīng)科學(xué)中心教授、該論文的資深作者安德烈芬頓(AndrFenton)說?！爸档米⒁獾氖?，我們?cè)诳臻g的定位不同于GPS相反，我們的方向感基本上是主觀的，是內(nèi)部組織的，斷斷續(xù)續(xù)地與外部地標(biāo)注冊(cè)。”
盡管許多人認(rèn)為人類在大腦中使用類似全球定位系統(tǒng)的系統(tǒng)來導(dǎo)航——這依賴于類似指南針的方向感——但這個(gè)過程的復(fù)雜性尚不清楚。
然而，已經(jīng)確定哺乳動(dòng)物的導(dǎo)航系統(tǒng)以海馬和內(nèi)嗅皮層為中心——大腦的一部分對(duì)理解空間和記憶非常重要。
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(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)了指示位置和距離運(yùn)動(dòng)的細(xì)胞——后者對(duì)于空間定位至關(guān)重要。紐約州立大學(xué)下州立醫(yī)學(xué)中心教授詹姆斯蘭克(James Rank)進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查補(bǔ)充了他們的工作，他是神經(jīng)元論文的合著者之一，發(fā)現(xiàn)了指示信號(hào)方向的神經(jīng)元。
為了更好地理解這些神經(jīng)元如何適應(yīng)靜態(tài)和旋轉(zhuǎn)空間中的導(dǎo)航，F(xiàn)enton、Ranck和他們的同事利用老鼠進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。
其中，他們創(chuàng)造了一種類似旋轉(zhuǎn)木馬的結(jié)構(gòu)，既有固定部分，也有可移動(dòng)部分。老鼠接受了導(dǎo)航任務(wù)的訓(xùn)練，并被要求知道它們?cè)谝苿?dòng)和靜止框架中的位置。在這些任務(wù)中，科學(xué)家們監(jiān)測(cè)老鼠的神經(jīng)活動(dòng)，重點(diǎn)是頭部方向的細(xì)胞，這是導(dǎo)航系統(tǒng)最基本的組成部分。
然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供了有限的見解。
“這些數(shù)據(jù)一開始非常清晰，完全無法理解，”芬頓說?！半m然導(dǎo)航性能很好，但頭部方向的細(xì)胞在靜止或旋轉(zhuǎn)的空間框架中停止信號(hào)傳輸?！?
這個(gè)發(fā)現(xiàn)并不少見。多年來，科學(xué)家們一直試圖確定為什么在頭部方向的細(xì)胞活動(dòng)受到嚴(yán)格限制的情況下，實(shí)驗(yàn)室老鼠能夠成功導(dǎo)航，這引起了人們對(duì)這一過程是如何在大腦中發(fā)生的懷疑。
隨后，芬頓回憶起他從新西蘭醫(yī)生戴維劉易斯所著的《我們，航海：在太平洋尋找古代藝術(shù)》一書中學(xué)到的etak航海原理，蘭克在20世紀(jì)90年代初將其交給了芬頓。
從這項(xiàng)工作中，芬頓了解到，太平洋島民無需指南針就可以實(shí)現(xiàn)etak導(dǎo)航，因?yàn)樗麄冊(cè)趰u嶼之間精確移動(dòng)，而這些島嶼之間的距離又小又遠(yuǎn)，以至于大部分人在旅途中看不到，導(dǎo)致導(dǎo)航誤差很小。
“Etak導(dǎo)航非常有效，主觀上是概念化的，”Fenton解釋說?！昂胶＜依锰炜罩泻阈堑姆€(wěn)定位置以及遠(yuǎn)至島嶼的可見或想象地標(biāo)的知識(shí)。
“雖然她知道得更清楚，但航海家想象她是靜止的，旅行時(shí)地球在她的船下移動(dòng)。對(duì)于導(dǎo)航，導(dǎo)航員將自己定位在隊(duì)列、etak地標(biāo)和星星中。然后她旅行，使附著在地球上的etak地標(biāo)移動(dòng)，直到它與導(dǎo)航儀和下一顆定向星共線。領(lǐng)航員在一系列這樣的階段中前進(jìn)到目的地。
在etak的框架下重新定義導(dǎo)航，研究人員測(cè)量了大鼠每個(gè)頭部方向神經(jīng)元相對(duì)于另一個(gè)頭部方向細(xì)胞活動(dòng)的方向調(diào)整。他們發(fā)現(xiàn)，無論環(huán)境是穩(wěn)定的還是旋轉(zhuǎn)的，頭部方向的細(xì)胞都以內(nèi)部一致的方式通過它們的活動(dòng)發(fā)送信號(hào)。
此外，這種內(nèi)部定向感應(yīng)間歇地記錄——每10秒左右——特定空間中的不同地標(biāo)。在注冊(cè)之間，導(dǎo)航鼠標(biāo)就像etak導(dǎo)航器一樣跟蹤它的位置。
芬頓指出：“這些新發(fā)現(xiàn)與大多數(shù)人的感受是一致的，他們可能會(huì)迷失方向，斷斷續(xù)續(xù)地重新定位，尤其是在不熟悉的地方。”
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