嚙齒類動物的導航系統(tǒng)類似于古代開闊海洋方向的發(fā)現(xiàn)

神經科學家團隊發(fā)現(xiàn)，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(jù)，展示了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、該論文的資深作者安德烈芬頓(AndrFenton)說?！爸档米⒁獾氖?，我們在空間的定位不同于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)的系統(tǒng)來導航——這依賴于類似指南針的方向感——但這個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年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，因為他們發(fā)現(xiàn)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。紐約州立大學下州立醫(yī)學中心教授詹姆斯蘭克(James Rank)進行的一項調查補充了他們的工作，他是神經元論文的合著者之一，發(fā)現(xiàn)了指示信號方向的神經元。

為了更好地理解這些神經元如何適應靜態(tài)和旋轉空間中的導航，F(xiàn)enton、Ranck和他們的同事利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，并被要求知道它們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，重點是頭部方向的細胞，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(shù)據(jù)一開始非常清晰，完全無法理解，”芬頓說。“雖然導航性能很好，但頭部方向的細胞在靜止或旋轉的空間框架中停止信號傳輸?！?

這個發(fā)現(xiàn)并不少見。多年來，科學家們一直試圖確定為什么在頭部方向的細胞活動受到嚴格限制的情況下，實驗室老鼠能夠成功導航，這引起了人們對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》一書中學到的etak航海原理，蘭克在20世紀90年代初將其交給了芬頓。

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(xiàn)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，以至于大部分人在旅途中看不到，導致導航誤差很小。

“Etak導航非常有效，主觀上是概念化的，”Fenton解釋說。“航海家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。

“雖然她知道得更清楚，但航海家想象她是靜止的，旅行時地球在她的船下移動。對于導航，導航員將自己定位在隊列、etak地標和星星中。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的框架下重新定義導航，研究人員測量了大鼠每個頭部方向神經元相對于另一個頭部方向細胞活動的方向調整。他們發(fā)現(xiàn)，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)送信號。

此外，這種內部定向感應間歇地記錄——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(xiàn)與大多數(shù)人的感受是一致的，他們可能會迷失方向，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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