誰為我導航？

我們是中科院主管、科學出版社主辦，與日本知名科普雜誌Newton版權合作的一本綜合性科普月刊。

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如何從A到B？

如果我問你，怎麼從家裡出發去附近的超市，你可能不假思索就能回答上來。但你知不知道，我們之所以能如此輕而易舉地知道自己在哪裡、要去哪裡、怎麼去，還要感謝大腦中的幾種細胞為我們導航。

我們大腦中的導航系統包含多種細胞，不過，這些細胞的功能更偏向於讓我們感知自己的方位，知道自己身在何處。

身在何處？

比如「位置細胞」（place cell），一種位於大腦海馬中的錐體神經元，由英國神經學家John O Keefe於1971年率先在小鼠體內發現。當小鼠經過特定的位置時，其海馬內的一部分細胞處於激活狀態；而當小鼠經過其他位置時，另一部分腦細胞開始活躍（如下圖）。由此，人們意識到小鼠腦中不同的位置細胞對應著其活動區域中不同的位置。

小鼠經過管道時，經過不同的地點，

腦內對應的神經元被激活

2005年，來自挪威的May-Britt Moser和Edvard Moser夫婦又發現了另一種與導航有關的腦細胞——位於海馬旁邊的內嗅皮層中的「網格細胞」（grid cell）。在實驗中，Moser夫婦讓小鼠在一個盒子中來回跑動，當小鼠經過某些位置時，網格信號就會被激活。隨著時間的推移，最終發現網格信號被激活的地點漸漸分別聚集成一小團，而這些小團彼此之間的位置關係十分特殊：形成了等邊三角形（如下圖）。就這樣，小鼠通過網格細胞在大腦中形成了坐標系，使精確定位和路徑導航成為了可能。

May-Britt Moser和Edvard Moser夫婦（上）

網格細胞示意圖：形成精確的定位地圖（下）

順便一提，2014年的諾貝爾生理學或醫學獎正是授予了上述的三人，雖然兩組研究前後跨度超過30年，卻不妨礙它們一起為人們揭示了大腦定位導航的秘密。

除此之外，我們腦中還有一種「頭部方向細胞」（head direction cell），當動物的頭部朝向某一特定方向時，對應的頭部方向細胞活躍。比如，當頭部朝北時，一組頭部方向被激活；當頭部轉向南面時，則是另一組頭部方向細胞被激活。並且，這種細胞存在於多個腦區內，與之前介紹的位置細胞等協同作用，一個對位置更敏感，一個對方向更敏感。

當然啦，我們在定位自己的時候，除了這些腦細胞，還會依靠視覺、聽覺等感官信息進行綜合處理。

要去哪裡？

今天要著重介紹的卻是另外一種細胞，「矢量細胞」（vector cell），它能告訴我們要去哪裡。矢量細胞也存在於大腦中的海馬里，和「位置細胞」與部分」頭部方向細胞「是鄰居呢！~

發現矢量細胞的是以色列魏茨曼科學研究所的Nachum Ulanovsky及其研究團隊，並於1月12日將結果發表在Science。對於在已被科學家們研究得如此充分的海馬體中又發現了新的細胞，Ulanovsky本人也感到十分驚訝！

蝙蝠小時候還是挺可愛的！嚶嚶嚶！

在之前的腦部導航系統實驗中，小鼠是主要的實驗對象，但這次的實驗對象換成了埃及果蝠，一種生活在熱帶的以水果為食的大型蝙蝠。好處之一是蝙蝠的飛行路線可以在房間的中心區域，而不像小鼠總是貼著牆根走。此外，蝙蝠的體型較大，易於在其頭部裝上實驗設備。

實驗中，研究人員將蝙蝠在一間掛有香蕉（果蝠的最愛！）的大房間中釋放，在飛向香蕉之前，果蝠不停地繞圈盤旋。由於香蕉位於房間中心處，果蝠可能的行進航線覆蓋360°，這也方便研究人員確認矢量細胞：無論果蝠從哪個方向飛向香蕉，都會有一組細胞被激活，這組細胞就是我們所找的矢量細胞。

果蝠與其最愛的香蕉親密合影

實驗過程中研究人員監測了三隻果蝠腦中的309個神經元，其中1/3的神經元為普通的位置細胞，當果蝠飛至某特定位置時活躍。但有58個神經元在對準目標時被激活；49個神經元在距離目標較近（如2米之內）時被激活；有24個神經元同時對目標角度和距離敏感。此後，研究人員還模擬了野外的覓食環境，對香蕉進行了單側遮擋並阻隔氣味。結果發現，在看不見香蕉的一側，果蝠的矢量細胞依然發揮作用，這說明該細胞的作用機制與記憶功能的聯繫更為緊密。

對於這項新發現，2014年的諾獎得主，也是網格細胞的發現者Edvard Moser表示，這提醒我們要重新思考大腦的導航系統，以及各種細胞究竟是怎樣聯合工作的。

此外，提到海馬等腦區，你也許想到了現在常說的阿爾茲海默症。沒錯，這種疾病與大腦皮層和海馬的萎縮有關，這也解釋了，為什麼很多阿爾茲海默症患者在失去記憶的同時，也非常容易迷路，並難以辨識周圍環境。

文章來源/Nature News

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