在GPS定位出现之前，人类必须自己来确定方位，而不是依靠屏幕上的箭头所指出的精确的街道路线。我们需要通过记住地标以及利用时间、速度和距离之间的关系来确定方位（例如10分钟的快速步行大约相当于半英里的距离）。
近日，美国约翰·霍普金斯大学的一项新研究为我们揭示了动物是如何在头脑中构建出一幅“地图”的。论文的作者之一、约翰霍普金斯赞维尔克里格心智/大脑研究所博士后助理Manu Madhav说：“大脑中的海马体和邻近脑区帮助我们认识到我们所在的位置。通过研究这些区域神经元的放电模式，可以更好地了解我们是如何在脑中绘制位置图的。”相关结果于2月11日发表在在《自然》杂志上。
大脑会接收到两种有助于绘制这幅地图的线索：第一种是外部地标，比如街道尽头的粉红房子，或者是一块褪色的地砖，通过这些人们会记住标记某个位置或距离。“第二种线索来自于一个人在世界上的自我运动，比如有一个内部速度计或一个步数计数器。”论文的主要作者Ravi Jayakumar说，“通过计算一段时间内的距离——根据你的速度，或者加上你的步数——大脑可以估计你已经走了多远，即使在没有可以依赖的路标的情况下。”这个过程被称为路径整合。
但是，如果步行10分钟，你对自己步行距离的估计是恒定的还是会受到近期经验所影响呢？为搞清这个问题，研究小组研究了在环形轨道上跑圈的老鼠。他们将各种形状投射到轨道上方类似的穹顶上作为地标，并以与老鼠相同的方向或相反的方向移动这些形状。就像在电脑游戏中一样，路标移动的速度取决于动物在每一时刻的奔跑速度，在这样的增强现实（AR）环境下，大鼠会认为自己跑得比实际速度慢或快。
在这些实验中，研究小组研究了大鼠的“位置细胞”，即海马神经元，当动物在熟悉的环境中到达特定区域时，这些神经元就会被激活放电。当大鼠认为它跑了一圈又回到了同一个地方，位置细胞会再次被激活放电。通过观察这些神经元的放电模式，研究人员确定了大鼠对它自身运动速度的估计情况。当研究人员停止投射这些形状，让大鼠只能通过自我运动信号（例如，它们的内部速度计）来引导它们时，位置细胞放电的地方显示老鼠仍然认为它们跑得比实际速度快（或慢）。研究人员说，因为有了增强现实环境中旋转运动的地标的经验，长此以往使动物对每一步移动的速度和距离的感知发生了变化。
Madhav说：“众所周知，动物在发育过程中必须重新校准他们的自我运动信号，例如，动物的腿会随着生长而变长，这会影响他们对步伐行走距离的测量。然而，我们的实验室显示，即使在成年后，再校准也会时刻地进行。我们不断地更新自身的身体运动模型，以了解如何在大脑内部地图上更新我们的位置。”
这项研究的发现为记忆是如何形成的提供了额外的证据，而记忆本身是以时间和空间为基础的。神经科学家James Knierim说：“我们知道，人类的海马体不仅与空间绘图有关，而且对形成我们日常生活经验的有意识记忆也至关重要，因为空间定向障碍和记忆丧失是阿尔茨海默病的最初症状之一，它在早期阶段破坏海马神经元，这些发现可以进一步研究阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病的病因和潜在治疗方法。”
Cowan说道：“作为一名工程师，我发现我们的跨学科方法可以用来理解大脑中最复杂的认知处理系统，这特别令人兴奋。”
展望未来，研究小组希望使用相同的增强现实（AR）实验装置来研究大脑的其他区域如何协调他们与海马体的活动，从而形成一幅连贯的定位地图。
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编译：小贝
审稿：阿淼
责编：张梦
期刊来源：《自然》
期刊编号：0028-0836
原文链接：
https://www.sciencedaily.com/releases/2019/02/190211114204.htm
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