哺乳動物腦中發現神經3D羅盤

　　飛行員要訓練防止眩暈，因為眩暈會導致突然失去垂直方向感而不能辨別上下方位，這可能導致飛機失事。科學家認為，這種情況是腦中一個功能類似于3D羅盤的腦區暫時出了故障。最近，以色列魏茨曼科學研究所利用蝙蝠實驗，首次證明了哺乳動物腦中存在這種3D羅盤，這些特定的神經元能感知動物的頭正朝向哪個方向，以此幫它在三維空間里導航。相關論文發表在最近的《自然》雜志上。

　　辨別方向要靠空間記憶，這種記憶主要在腦深處的海馬結構區形成。在哺乳動物中，有3種不同的細胞分布在海馬結構區的不同位置，構成了導航系統的主體：“地方”與“網格”細胞就像GPS，讓動物能跟蹤自己的方位；“頭部方向”細胞，就像羅盤，當動物的頭指向一個特定方向時會做出反應。有關“地方”和“網格”細胞的研究已經很多，并獲得了2014年諾貝爾生理或醫學獎。但“頭部方向”細胞是直到最近才開始以二維形式在小鼠中研究的，對大腦如何編碼三維方向就了解得更少。

　　研究人員開發出一種跟蹤裝置，能以視頻檢測頭部三個角度的轉動——飛行術語中叫做偏航、俯仰和滾轉。據物理學家組織網12月4日（北京時間）報道，他們用這種裝置觀察了自由飛行的埃及果蝠，通過植入微電極監測蝙蝠的神經活動。借助微電極記錄顯示，在海馬結構的一個特殊亞區，神經元也會調整到與頭部一致的特定三維角度：只有當動物的頭指向該三維角度時，特定神經元才會被激活。

　　新研究首次揭示了大腦怎樣結合水平線來計算垂直方向感。在神經羅盤中，水平和垂直方向是分開處理的，復雜程度也不同：在反應水平面上的方向時，海馬結構一個亞區的頭部方向細胞被激活，幫它在二維平面定向；而對垂直運動起反應的細胞，即三維定向，位于另一個亞區。研究人員認為，二維朝向細胞是為水平運動服務的，比如人們在開車時；而三維細胞對復雜的三維空間運動非常重要，如攀爬樹枝，人類在多層建筑中移動，或駕駛飛行器。

　　他們還在倒掛蝙蝠身上進一步實驗，研究蝙蝠的腦怎樣計算出頭部方向信號，發現它們腦中有一種極高效的圓環坐標系，可執行這些計算，使蝙蝠能在空中給自己迅速定位，無論它們向上還是向下運動。

　　本研究支持了海馬結構中頭朝向細胞具有三維神經羅盤功能的觀點。雖然是對蝙蝠的研究，但科學家認為，這一發現也適用于不能飛行的哺乳動物，包括在樹枝間跳躍的松鼠、猴子，以及人類。

　　總編輯圈點

　　蝙蝠作為唯一真正能夠飛翔的獸類，其獨特的夜間飛行能力，一直被人們津津樂道，更成為科學家們重點研究的對象。如今，通過對蝙蝠的實驗，發現哺乳動物腦中存在感知“頭部方向”的3D羅盤，再次讓人感嘆，長相不那么好看的蝙蝠本事確實不小。更值得一提的是，那些擁有“飛行夢”的有志青年，將來或許不再為“眩暈”發愁了——因為3D羅盤既然已經發現，找到修復它的方法或許也就不遠了。