大脑大脑，路在何方？

顾汉现

大脑大脑，路在何方？


大脑大脑，路在何方？


2011-02-22 04:15:26　





漫画：杨震

    为什么有些人特别认路，有些人回家都会走错？就让我们来看看大脑是怎样认路的。

    大脑中存在三种“导航细胞”： “位置细胞”绘制我们所处地点的地图，当他们经过某地时向我们指出所在位置；“头部方向细胞”，就像一个指南针，告诉我们朝哪个方向前进；而“网格细胞”则通过一个类似航海中使用的经纬仪告诉我们已经行进的距离。

    1970年，伦敦大学的O'Keefe等研究人员在大鼠的海马区首先发现了位置细胞。他们把电极记录器安置在大鼠的大脑海马区，然后让大鼠在一个它陌生的房间自由走动。这时，大鼠脑中的位置细胞会根据它所在的位置而选择性的兴奋。他们发现，只有当大鼠活动到房间的特定位置，特定的位置细胞才会兴奋。这就好像给予了每个坐标一个记忆，这样大脑才能记住曾经到过哪些地方。有趣的是，当把这只大鼠放到另外一个新的房间时，它会自动的将新房间的“地图”重新绘制一遍。这样，相对有限的大脑皮层细胞就可以记住不断出现的新鲜环境了。

    O'Keefe的同事们对这个发现十分欢喜，但是同时，他们也意识到，除了位置细胞以外，大脑必然还存在着其他作用的“导航细胞”，比如计算距离，还有感知方向。于是他们开始有的放矢地来寻找这些细胞。1980年，纽约大学的James Ranck等人发现了期待中的另一种细胞：头部方向细胞。这些细胞能够辨别头部朝向的方向，比如当头部朝向北方的时候，一组细胞会兴奋；而头部转向南方时，另一组细胞兴奋。有趣的是，方向细胞并不是利用磁场也不是通过单纯的外界刺激输入来感受方向的，而是通过前庭系统来实现功能。这个系统能够负责身体的平衡，综合眼睛、关节和内耳的信息，方向细胞也正是利用了这一系统来产生特定兴奋的。

    但是，只有位置定位和方向感知还是不够的。如果在A和B位置之间有多条路线，大脑是如何选择的呢？这就需要后来发现的第三种“导航细胞”——网格细胞。

    直到2004年，网格细胞才被亚利桑那州大学的科学家Edvard Moser带领的小组发现。他们把大鼠安置于一个比普遍使用的实验房间规格大一倍的实验室内，成功发现了网格细胞独特的兴奋方式——正三角形网格兴奋。兴奋的细胞呈正三角形分布，其作用类似于地图中经线和纬线划出的正方形格子，将环境的位置标记到大脑中。

    那么，这样的网格型兴奋是如何帮助我们找到方向的呢？简单来说，网格细胞的作用就是建立坐标系，让所有的位置信息都可以坐标化。对于大多数地图来说，我们完全可以用横横竖竖围棋一样的网格把所有的地点标记出来，横向记作A-Z的字母，纵向记作1-9的数字，那么，市政厅可能在D4的网格内，而家门口的学校可能在A2的网格内。对于大脑来说，不同的环境使用的都是同一张网格，但是网格内的内容决定了存入大脑的信息。比如，去北京的天安门，或者上海的外滩，天安门和东方明珠电视塔在网格中的位置可能都是A5，但是“天安门”=“北京”，“东方明珠”=“上海”，然后把这样的信息存入大脑，可以随时调取使用。

    虽然网格细胞可以给所有信息一个坐标，但是将这样的信息长期保存还需要大脑海马区的记忆储存功能配合。阿尔兹海默症等海马区退化的病人就常常会伴随迷路的症状。

    如果你是路盲，得救的方法就是一个字：练。

    伦敦大学学院的神经学家雨果·施皮尔斯在2004年与他人合作进行的一项研究中发现，伦敦出租车司机的海马区体积就比其他人大。想想也不奇怪，伦敦成千上万条纵横交错的街道，出租车司机每日每夜在其中穿梭，随便给一个地址，他们能马上计算出最短的行进路线，开往准确的方向。这些长期训练，使得他们的海马区就比普通人强劲得多。

    施皮尔斯利用虚拟实景的电子游戏，让普通人和伦敦出租车司机模拟在伦敦街头开车，与此同时他们接受了功能性核磁共振成像扫描。他们发现当司机思考行车路线和计划时，海马区是大脑中最活跃的区域。此外，在司机遇到死胡同、观察路况或者考虑乘客或其他司机的想法时，大脑其他部位的活动也相应增加。

    所以说，“用进废退”对大脑某些区域是绝对的真理。

（来源：光明网-《光明日报》）