啮齿类动物的导航系统类似于古代开阔海洋方向的发现

神经科学家团队发现，啮齿动物使用的导航系统类似于太平洋岛民在没有指南针的情况下穿越公海的方式。

它的研究成果发表在最新一期的《神经元》杂志上，纠正了一个常见的误解：哺乳动物的导航系统像全球定位系统(GPS)一样工作，它依赖于类似指南针的方向感。

“这些研究结果提供了新的令人信服的证据，展示了我们内部组织的方向感是如何在外部世界注册的，因此我们可以有效地导航，”纽约大学神经科学中心教授、该论文的资深作者安德烈芬顿(AndrFenton)说。“值得注意的是，我们在空间的定位不同于GPS相反，我们的方向感基本上是主观的，是内部组织的，断断续续地与外部地标注册。”

尽管许多人认为人类在大脑中使用类似全球定位系统的系统来导航——这依赖于类似指南针的方向感——但这个过程的复杂性尚不清楚。

然而，已经确定哺乳动物的导航系统以海马和内嗅皮层为中心——大脑的一部分对理解空间和记忆非常重要。

具体来说，约翰奥基夫、迈布里特莫泽和爱德华莫索尔分享了2014年诺贝尔生理学或医学奖，因为他们发现了指示位置和距离运动的细胞——后者对于空间定位至关重要。纽约州立大学下州立医学中心教授詹姆斯兰克(James Rank)进行的一项调查补充了他们的工作，他是神经元论文的合著者之一，发现了指示信号方向的神经元。

为了更好地理解这些神经元如何适应静态和旋转空间中的导航，Fenton、Ranck和他们的同事利用老鼠进行了一系列实验。

其中，他们创造了一种类似旋转木马的结构，既有固定部分，也有可移动部分。老鼠接受了导航任务的训练，并被要求知道它们在移动和静止框架中的位置。在这些任务中，科学家们监测老鼠的神经活动，重点是头部方向的细胞，这是导航系统最基本的组成部分。

然而，实验结果提供了有限的见解。

“这些数据一开始非常清晰，完全无法理解，”芬顿说。“虽然导航性能很好，但头部方向的细胞在静止或旋转的空间框架中停止信号传输。”

这个发现并不少见。多年来，科学家们一直试图确定为什么在头部方向的细胞活动受到严格限制的情况下，实验室老鼠能够成功导航，这引起了人们对这一过程是如何在大脑中发生的怀疑。

随后，芬顿回忆起他从新西兰医生戴维刘易斯所著的《我们，航海：在太平洋寻找古代艺术》一书中学到的etak航海原理，兰克在20世纪90年代初将其交给了芬顿。

从这项工作中，芬顿了解到，太平洋岛民无需指南针就可以实现etak导航，因为他们在岛屿之间精确移动，而这些岛屿之间的距离又小又远，以至于大部分人在旅途中看不到，导致导航误差很小。

“Etak导航非常有效，主观上是概念化的，”Fenton解释说。“航海家利用天空中恒星的稳定位置以及远至岛屿的可见或想象地标的知识。

“虽然她知道得更清楚，但航海家想象她是静止的，旅行时地球在她的船下移动。对于导航，导航员将自己定位在队列、etak地标和星星中。然后她旅行，使附着在地球上的etak地标移动，直到它与导航仪和下一颗定向星共线。领航员在一系列这样的阶段中前进到目的地。

在etak的框架下重新定义导航，研究人员测量了大鼠每个头部方向神经元相对于另一个头部方向细胞活动的方向调整。他们发现，无论环境是稳定的还是旋转的，头部方向的细胞都以内部一致的方式通过它们的活动发送信号。

此外，这种内部定向感应间歇地记录——每10秒左右——特定空间中的不同地标。在注册之间，导航鼠标就像etak导航器一样跟踪它的位置。

芬顿指出：“这些新发现与大多数人的感受是一致的，他们可能会迷失方向，断断续续地重新定位，尤其是在不熟悉的地方。”

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