嚙齒動(dòng)物的導(dǎo)航系統(tǒng)類(lèi)似于古代發(fā)現(xiàn)的開(kāi)闊海洋方向

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(lèi)似于太平洋島民在沒(méi)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(jiàn)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(lài)于類(lèi)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)，表明我們內(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、本文資深作者安德烈芬頓(AndrFenton)說(shuō)。“值得注意的是，我們?cè)谔罩械亩ㄎ环椒ú煌贕PS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(lèi)在大腦中使用類(lèi)似全球定位系統(tǒng)的導(dǎo)航系統(tǒng)——該系統(tǒng)依賴(lài)于類(lèi)似指南針的方向感——但這一過(guò)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)理解空間和記憶至關(guān)重要。

具體來(lái)說(shuō)，約翰奧基夫、邁布里特莫澤和愛(ài)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。他們的工作得到了紐約州立大學(xué)下州立醫(yī)學(xué)中心教授詹姆斯蘭克的調(diào)查的補(bǔ)充，他是神經(jīng)元論文的合著者之一，他發(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)元碎片如何適應(yīng)靜態(tài)和旋轉(zhuǎn)空間中的導(dǎo)航，芬頓、蘭克和他們的同事用老鼠進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。

其中，他們創(chuàng)造了一種類(lèi)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，它們需要知道自己在移動(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)是頭部的定向細(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(jiàn)解。

“這些數(shù)據(jù)一開(kāi)始非常清晰，完全無(wú)法理解，”芬頓說(shuō)。“雖然導(dǎo)航性能很好，但頭部方向的細(xì)胞停止了信號(hào)在靜態(tài)或旋轉(zhuǎn)空間框架中的傳輸?！?

這個(gè)發(fā)現(xiàn)并不少見(jiàn)。多年來(lái)，科學(xué)家們一直試圖確定為什么實(shí)驗(yàn)室老鼠能夠在頭部方向的細(xì)胞活動(dòng)受到嚴(yán)格限制的情況下成功導(dǎo)航，這引發(fā)了關(guān)于這一過(guò)程如何在大腦中發(fā)生的問(wèn)題。

然后，芬頓回憶起他從一本新西蘭醫(yī)生戴維劉易斯寫(xiě)的書(shū)《我們，航行：太平洋尋找古代藝術(shù)》中學(xué)到的etak航行原理，蘭克在20世紀(jì)90年代初把這本書(shū)送給了芬頓。

從這項(xiàng)工作中，芬頓了解到，太平洋島民無(wú)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)，以至于在旅行中大多數(shù)人都看不到，從而導(dǎo)致致命的導(dǎo)航錯(cuò)誤。

“Etak導(dǎo)航是非常有效和主觀的概念化，”Fenton解釋說(shuō)?！邦I(lǐng)航員利用天空中恒星的穩(wěn)定位置以及遠(yuǎn)至島嶼的可見(jiàn)或想象地標(biāo)的知識(shí)。

“雖然我們知道得更清楚，但航海家想象他是靜止的，旅行時(shí)地球在她的船下移動(dòng)。對(duì)于導(dǎo)航，導(dǎo)航員定位他的隊(duì)列、etak地標(biāo)和一顆星。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，研究人員對(duì)導(dǎo)航進(jìn)行了重新概念化，測(cè)量了大鼠每個(gè)頭部神經(jīng)元相對(duì)于另一個(gè)頭部神經(jīng)元活動(dòng)的方向調(diào)整。他們發(fā)現(xiàn)，無(wú)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?xún)?nèi)部一致的方式通過(guò)它們的活動(dòng)發(fā)出信號(hào)。

此外，這種內(nèi)部方向感測(cè)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)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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