神經(jīng)科學(xué)家團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，嚙齒動物使用的導(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，糾正了一個常見的誤解：哺乳動物的導(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)，表明我們內(nèi)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(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。“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(nèi)部組織的，斷斷續(xù)續(xù)地與外部地標(biāo)注冊。”
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)的導(dǎo)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(fù)雜性尚不清楚。
然而，已經(jīng)確定哺乳動物的導(dǎo)航系統(tǒng)以海馬和內(nèi)嗅皮層為中心——大腦的一部分對理解空間和記憶至關(guān)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，因為他們發(fā)現(xiàn)了指示位置和距離運動的細(xì)胞——后者對于空間定位至關(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)行了一系列實驗。
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和靜止框架中的位置。在這些任務(wù)中，科學(xué)家們監(jiān)測老鼠的神經(jīng)活動，重點是頭部的定向細(xì)胞，這是導(dǎo)航系統(tǒng)最基本的組成部分。
然而，實驗結(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。“雖然導(dǎo)航性能很好，但頭部方向的細(xì)胞停止了信號在靜態(tài)或旋轉(zhuǎn)空間框架中的傳輸?！?
這個發(fā)現(xiàn)并不少見。多年來，科學(xué)家們一直試圖確定為什么實驗室老鼠能夠在頭部方向的細(xì)胞活動受到嚴(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(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(xiàn)etak導(dǎo)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(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)航錯誤。
“Etak導(dǎo)航是非常有效和主觀的概念化，”Fenton解釋說。“領(lǐng)航員利用天空中恒星的穩(wěn)定位置以及遠(yuǎn)至島嶼的可見或想象地標(biāo)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(dǎo)航，導(dǎo)航員定位他的隊列、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，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，研究人員對導(dǎo)航進(jìn)行了重新概念化，測量了大鼠每個頭部神經(jīng)元相對于另一個頭部神經(jīng)元活動的方向調(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發(fā)出信號。
此外，這種內(nèi)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(biāo)。在注冊之間，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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