《為什么有的人總“找不著北”？》健康知識(shí)科普

《為什么有的人總“找不著北”？》健康知識(shí)科普：

回家的路怎么走?聽見這個(gè)問題，估計(jì)很多人都會(huì)發(fā)笑：回家的路還能找不到嗎?

但現(xiàn)實(shí)生活中，有些人真的“找不著北”，不是忘了自己的車停在什么地方，就是不知左右方向，更甚者找不著回家的路。這些異于常人的表現(xiàn)并非是他們的大腦有認(rèn)知障礙，而是天生難辨方向?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，大腦中有兩種細(xì)胞決定著你是否是個(gè)“路盲”。

1.人的方向感由位置細(xì)胞引導(dǎo)

在地球上的動(dòng)物中，人的方向感沒什么優(yōu)勢(shì)，只屬于二維動(dòng)物。我們?cè)陉懙厣蠈ふ曳较蛏锌?，到了空中、海洋、沙漠和森林，就需要地面?dǎo)航、雷達(dá)導(dǎo)航和記憶導(dǎo)航的幫助。而在空中和海洋生活的動(dòng)物，如鳥類、魚類，都是三維動(dòng)物。它們可以憑借自己大腦中的導(dǎo)航系統(tǒng),根據(jù)前后左右上下的立體坐標(biāo)找到方向，或瞄準(zhǔn)目標(biāo)捕食，或返回故鄉(xiāng)孕育后代。

英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院教授約翰·奧基夫最早發(fā)現(xiàn)了動(dòng)物和人的大腦中的位置細(xì)胞，并認(rèn)定它們是構(gòu)成大腦定位系統(tǒng)的關(guān)鍵細(xì)胞之一。

1971年，奧基夫在記錄小鼠大腦內(nèi)海馬體單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞信號(hào)的過程中注意到，當(dāng)小鼠位于房間內(nèi)某一特定位置時(shí)，一部分神經(jīng)細(xì)胞會(huì)被激活;當(dāng)小鼠在房間內(nèi)的其他位置時(shí)，另外一些細(xì)胞顯示激活狀態(tài)。小鼠在到達(dá)一扇門或一堵墻時(shí)，有不同的神經(jīng)細(xì)胞被激活。這提示，被激活的細(xì)胞就是小鼠感知自身位置的位置細(xì)胞，這些位置細(xì)胞并非只是簡(jiǎn)單接收視覺信息，而是在構(gòu)建小鼠辨識(shí)所在房間的大腦地圖。

海馬體會(huì)根據(jù)不同的環(huán)境產(chǎn)生大量的地圖，這些地圖在動(dòng)物所處不同環(huán)境時(shí)由大量神經(jīng)細(xì)胞共同作用而形成。因此生物體對(duì)環(huán)境的記憶，可以用海馬體中神經(jīng)細(xì)胞特定激活組合的方式來進(jìn)行存儲(chǔ)。

由此，奧基夫和美國(guó)亞利桑那大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家納達(dá)爾共同撰寫了一本專著《海馬是一個(gè)認(rèn)知地圖》，描述了大腦中的海馬是如何幫助動(dòng)物和人定位的，其本質(zhì)就是，海馬是大腦中一種內(nèi)在的定位系統(tǒng)。

2.“路盲”因大腦細(xì)胞未激活?

僅有位置細(xì)胞不足以防止“路盲”，還必須有運(yùn)動(dòng)和空間位置(三維)導(dǎo)航才能讓人有正確的方向感。其實(shí)，人的大腦中同時(shí)存在著二維和三維的導(dǎo)航工具，前者是位置細(xì)胞，后者是網(wǎng)格細(xì)胞。

挪威科技大學(xué)教授愛德華·莫澤和同為該大學(xué)教授的妻子梅-布里特·莫澤通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了網(wǎng)格細(xì)胞的作用。當(dāng)小鼠經(jīng)過廣闊和復(fù)雜的地形時(shí)，小鼠大腦臨近海馬體的另一個(gè)名叫內(nèi)嗅皮層部位的神經(jīng)細(xì)胞被激活。這些細(xì)胞會(huì)對(duì)特定的空間模式或環(huán)境產(chǎn)生反應(yīng)，它們?cè)谡w上構(gòu)成網(wǎng)格細(xì)胞。這些細(xì)胞組成一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)，就像人們繪制地圖以經(jīng)線和緯線來劃分不同方向和位置的坐標(biāo)一樣。

他們把小鼠裝入盒子中讓小鼠奔跑，并連接上計(jì)算機(jī)，以圖形來顯示它們的前進(jìn)方向，結(jié)果形成了清晰的呈六邊形的網(wǎng)格形狀，就像一個(gè)蜂巢。但盒子里并沒有六邊形狀存在，這一形狀是在小鼠的大腦內(nèi)抽象地形成并疊加于環(huán)境中的。這意味著小鼠可以通過網(wǎng)格細(xì)胞把空間分割為蜂窩那樣的六邊形，并且把運(yùn)動(dòng)軌跡記錄在蜂窩狀的網(wǎng)格上。

網(wǎng)格細(xì)胞能夠判斷自身頭部對(duì)準(zhǔn)的方向以及房間的邊界位置，它們與位置細(xì)胞相互協(xié)調(diào)，構(gòu)成一個(gè)完整的神經(jīng)回路。這個(gè)回路系統(tǒng)形成了一個(gè)復(fù)雜而精細(xì)的定位體系，就是大腦中的定位系統(tǒng)。

雖然“路盲”的準(zhǔn)確原因還需要更為詳盡的研究來破譯，但大體上可以推論其原因是大腦中的位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞功能減弱，或細(xì)胞數(shù)量較少，或細(xì)胞沒有完全被激活，因而出現(xiàn)了導(dǎo)航能力較差，或不能導(dǎo)航等問題。

3.想更認(rèn)路不妨學(xué)習(xí)出租車司機(jī)

大腦中位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)，令約翰·奧基夫、愛德華·莫澤和梅-布里特·莫澤獲得了2014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

找到最佳的方向和交通線路快速回家，不只是節(jié)省時(shí)間，節(jié)約錢財(cái)，還可以保障人的生命安全。時(shí)有發(fā)生的被困在山區(qū)、森林的驢友的死亡悲劇就是最好的例子。

“路盲”與位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞的功能有關(guān)，但也與記憶有關(guān)。位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞就是一種感知方向的記憶細(xì)胞，因此，通過訓(xùn)練和實(shí)踐是可以更好地辨別方向、改變“路盲”狀況的。

英國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn)，倫敦出租車司機(jī)具有辨別方向的“超強(qiáng)大腦”，而且是后天訓(xùn)練出來的(其他城市的出租車司機(jī)也一樣)。要成為一名倫敦出租車司機(jī)很不容易，除了要躲避行人和雙層巴士外，還要通過稱為“知識(shí)”的一套嚴(yán)格培訓(xùn)考試，記憶復(fù)雜的街道情況。

2000年，英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院的神經(jīng)生物學(xué)家馬圭爾和伍利特發(fā)現(xiàn)，與其他成年男性相比，倫敦出租車司機(jī)的海馬體體積更大，形狀也不同，這說明大腦中的這一區(qū)域?qū)τ诳臻g記憶來說至關(guān)重要。由于適者生存和用進(jìn)廢退的原理，出租車司機(jī)大腦里的位置細(xì)胞和網(wǎng)絡(luò)細(xì)胞功能比普通人要強(qiáng)，且有可能這類細(xì)胞比普通人更多。

幾年后，馬圭爾和伍利特對(duì)倫敦的新出租車司機(jī)再次進(jìn)行研究，在接受培訓(xùn)前、培訓(xùn)中和培訓(xùn)后測(cè)量司機(jī)的腦部，并將司機(jī)的“知識(shí)”測(cè)試成績(jī)與腦部掃描結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示：在培訓(xùn)開始前，海馬體體積沒有區(qū)別;培訓(xùn)之后，通過測(cè)試的司機(jī)的海馬體體積變得更大了。

當(dāng)時(shí)，尚未獲得諾貝爾獎(jiǎng)的愛德華·莫澤便認(rèn)為，這個(gè)結(jié)果證明人的大腦海馬體中隱藏著一幅能夠標(biāo)明人們所處空間位置的地圖。不過，這一研究更能證明的是，出租車司機(jī)之所以會(huì)記得倫敦市的大街小巷，而且能用最近的線路和最短的時(shí)間把客人送到目的地，原因在于他們的職業(yè)在幫助其進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練。他們記憶的基礎(chǔ)是大腦海馬體，而這個(gè)海馬體比一般人的大，位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞比一般人多，其功能也比一般人強(qiáng)大，所以才有出色的方向感。

根據(jù)這個(gè)原理，路盲者不妨向出租車司機(jī)學(xué)習(xí)，別總宅在家中，應(yīng)外出學(xué)習(xí)辨路識(shí)方向。由此，逐步刺激自己大腦中的位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞發(fā)揮功能，提高辨認(rèn)方向的能力。

4.人工智能有望像“大腦”一樣導(dǎo)航

現(xiàn)在，有另一種方式可以為人們指路，這就是人工智能。

英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院的研究人員牽頭開發(fā)了一種AI模擬系統(tǒng)，將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中自動(dòng)出現(xiàn)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與一個(gè)更大型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)結(jié)合，形成人工智能體。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這一人工智能在游戲迷宮中向目的地前進(jìn)的導(dǎo)航能力超越了一般人，而且它能像哺乳動(dòng)物一樣尋找新路線和抄近路。

這種人工智能的定位單元類似于人和小鼠大腦中的網(wǎng)格細(xì)胞，被稱為網(wǎng)格單元，能自動(dòng)生成與大腦細(xì)胞活動(dòng)非常相似的網(wǎng)格模式。比較而言，網(wǎng)格細(xì)胞能幫助小鼠自動(dòng)找到方向和捷徑，網(wǎng)格單元也能夠指導(dǎo)小鼠尋找捷徑，并具有超越人類的巡航能力。

也就是說，這種人工智能與現(xiàn)有導(dǎo)航軟件的不同之處在于，它不完全是大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和模擬，而是具備了智能認(rèn)路的功能，能夠在陌生環(huán)境中，找到正確的道路，甚至捷徑。這種人工智能的定位方式，與人和生物在億萬年演化中形成的生物指南針高度一致。

物理網(wǎng)絡(luò)模式能證明生物的網(wǎng)絡(luò)模式，并且兩者可以重疊，再次證明了人和動(dòng)物尋找方向是依賴大腦中的位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞。未來要做的研究是，如果這種人工智能可以設(shè)計(jì)為手表，或者植入進(jìn)手機(jī)中，那么，它就完全可以成為路盲者的導(dǎo)航工具。

延伸閱讀

鳥類和海龜認(rèn)路 或因能感應(yīng)地球磁場(chǎng)

有一些研究表明，海龜游弋萬里和鳥類飛行千里并非依靠參照物來辨認(rèn)位置，因?yàn)樵诤棋暮Ｑ蠛陀性旗F遮擋的蒼茫天空，是無法看清參照物的。因此，它們的大腦定位系統(tǒng)可能依據(jù)的是地球磁場(chǎng)。

瑞典研究人員對(duì)斑馬雀和德國(guó)研究人員對(duì)歐洲知更鳥的研究均發(fā)現(xiàn)，鳥類視網(wǎng)膜上的Cry4蛋白質(zhì)可能是它們能夠看到磁場(chǎng)的原因。此前，Cry4蛋白被認(rèn)為與晝夜節(jié)律或生物的睡眠周期有關(guān)。這兩種鳥類的Cry4水平在遷徙季節(jié)中表現(xiàn)出更高的水平。這被視為鳥類的一種生物指南針。

對(duì)海龜?shù)难芯恳舶l(fā)現(xiàn)，海龜?shù)念^部擁有一些具有磁性的粒子，可以幫助海龜感應(yīng)地球磁場(chǎng)，以此來確定自己在海洋中的確切位置，并修正自己的航道。

這些研究向人類傳遞的線索是，可以通過仿生來借鑒鳥類和海龜辨認(rèn)方向的能力，有助于航天和航海。

黃鶴樓天空藍(lán)動(dòng)漫星空科普動(dòng)畫視頻制作：027-82730702；82720703 移動(dòng)/微信：13995660877 企鵝QQ：76211136