回家的路怎么走？聽見這個問題，估計很多人都會發笑：回家的路還能找不到嗎？

　　但現實生活中，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并非是他們的大腦有認知障礙，而是天生難辨方向。科學家發現，大腦中有兩種細胞決定著你是否是個“路盲”。

　　1.人的方向感由位置細胞引導

　　在地球上的動物中，人的方向感沒什么優勢，只屬于二維動物。我們在陸地上尋找方向尚可，到了空中、海洋、沙漠和森林，就需要地面導航、雷達導航和記憶導航的幫助。而在空中和海洋生活的動物，如鳥類、魚類，都是三維動物。它們可以憑借自己大腦中的導航系統,根據前后左右上下的立體坐標找到方向，或瞄準目標捕食，或返回故鄉孕育后代。

　　英國倫敦大學學院教授約翰·奧基夫最早發現了動物和人的大腦中的位置細胞，并認定它們是構成大腦定位系統的關鍵細胞之一。

　　1971年，奧基夫在記錄小鼠大腦內海馬體單個神經細胞信號的過程中注意到，當小鼠位于房間內某一特定位置時，一部分神經細胞會被激活；當小鼠在房間內的其他位置時，另外一些細胞顯示激活狀態。小鼠在到達一扇門或一堵墻時，有不同的神經細胞被激活。這提示，被激活的細胞就是小鼠感知自身位置的位置細胞，這些位置細胞并非只是簡單接收視覺信息，而是在構建小鼠辨識所在房間的大腦地圖。

　　海馬體會根據不同的環境產生大量的地圖，這些地圖在動物所處不同環境時由大量神經細胞共同作用而形成。因此生物體對環境的記憶，可以用海馬體中神經細胞特定激活組合的方式來進行存儲。

　　由此，奧基夫和美國亞利桑那大學的神經科學家納達爾共同撰寫了一本專著《海馬是一個認知地圖》，描述了大腦中的海馬是如何幫助動物和人定位的，其本質就是，海馬是大腦中一種內在的定位系統。

　　2.“路盲”因大腦細胞未激活？

　　僅有位置細胞不足以防止“路盲”，還必須有運動和空間位置（三維）導航才能讓人有正確的方向感。其實，人的大腦中同時存在著二維和三維的導航工具，前者是位置細胞，后者是網格細胞。

　　挪威科技大學教授愛德華·莫澤和同為該大學教授的妻子梅-布里特·莫澤通過實驗發現了網格細胞的作用。當小鼠經過廣闊和復雜的地形時，小鼠大腦臨近海馬體的另一個名叫內嗅皮層部位的神經細胞被激活。這些細胞會對特定的空間模式或環境產生反應，它們在整體上構成網格細胞。這些細胞組成一個坐標系統，就像人們繪制地圖以經線和緯線來劃分不同方向和位置的坐標一樣。

　　他們把小鼠裝入盒子中讓小鼠奔跑，并連接上計算機，以圖形來顯示它們的前進方向，結果形成了清晰的呈六邊形的網格形狀，就像一個蜂巢。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抽象地形成并疊加于環境中的。這意味著小鼠可以通過網格細胞把空間分割為蜂窩那樣的六邊形，并且把運動軌跡記錄在蜂窩狀的網格上。

　　網格細胞能夠判斷自身頭部對準的方向以及房間的邊界位置，它們與位置細胞相互協調，構成一個完整的神經回路。這個回路系統形成了一個復雜而精細的定位體系，就是大腦中的定位系統。

　　雖然“路盲”的準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胞和網格細胞功能減弱，或細胞數量較少，或細胞沒有完全被激活，因而出現了導航能力較差，或不能導航等問題。

　　3.想更認路不妨學習出租車司機

　　大腦中位置細胞和網格細胞的發現，令約翰·奧基夫、愛德華·莫澤和梅-布里特·莫澤獲得了2014年諾貝爾生理學或醫學獎。

　　找到最佳的方向和交通線路快速回家，不只是節省時間，節約錢財，還可以保障人的生命安全。時有發生的被困在山區、森林的驢友的死亡悲劇就是最好的例子。

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

　　英國研究人員發現，倫敦出租車司機具有辨別方向的“超強大腦”，而且是后天訓練出來的（其他城市的出租車司機也一樣）。要成為一名倫敦出租車司機很不容易，除了要躲避行人和雙層巴士外，還要通過稱為“知識”的一套嚴格培訓考試，記憶復雜的街道情況。

　　2000年，英國倫敦大學學院的神經生物學家馬圭爾和伍利特發現，與其他成年男性相比，倫敦出租車司機的海馬體體積更大，形狀也不同，這說明大腦中的這一區域對于空間記憶來說至關重要。由于適者生存和用進廢退的原理，出租車司機大腦里的位置細胞和網絡細胞功能比普通人要強，且有可能這類細胞比普通人更多。

　　幾年后，馬圭爾和伍利特對倫敦的新出租車司機再次進行研究，在接受培訓前、培訓中和培訓后測量司機的腦部，并將司機的“知識”測試成績與腦部掃描結果進行對比。結果顯示：在培訓開始前，海馬體體積沒有區別；培訓之后，通過測試的司機的海馬體體積變得更大了。

　　當時，尚未獲得諾貝爾獎的愛德華·莫澤便認為，這個結果證明人的大腦海馬體中隱藏著一幅能夠標明人們所處空間位置的地圖。不過，這一研究更能證明的是，出租車司機之所以會記得倫敦市的大街小巷，而且能用最近的線路和最短的時間把客人送到目的地，原因在于他們的職業在幫助其進行強化訓練。他們記憶的基礎是大腦海馬體，而這個海馬體比一般人的大，位置細胞和網格細胞比一般人多，其功能也比一般人強大，所以才有出色的方向感。

　　根據這個原理，路盲者不妨向出租車司機學習，別總宅在家中，應外出學習辨路識方向。由此，逐步刺激自己大腦中的位置細胞和網格細胞發揮功能，提高辨認方向的能力。

　　4.人工智能有望像“大腦”一樣導航

　　現在，有另一種方式可以為人們指路，這就是人工智能。

　　英國倫敦大學學院的研究人員牽頭開發了一種AI模擬系統，將人工神經網絡中自動出現的網格結構與一個更大型的神經網絡架構結合，形成人工智能體。結果發現，這一人工智能在游戲迷宮中向目的地前進的導航能力超越了一般人，而且它能像哺乳動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格細胞，被稱為網格單元，能自動生成與大腦細胞活動非常相似的網格模式。比較而言，網格細胞能幫助小鼠自動找到方向和捷徑，網格單元也能夠指導小鼠尋找捷徑，并具有超越人類的巡航能力。

　　也就是說，這種人工智能與現有導航軟件的不同之處在于，它不完全是大數據的統計和模擬，而是具備了智能認路的功能，能夠在陌生環境中，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。

　　物理網絡模式能證明生物的網絡模式，并且兩者可以重疊，再次證明了人和動物尋找方向是依賴大腦中的位置細胞和網格細胞。未來要做的研究是，如果這種人工智能可以設計為手表，或者植入進手機中，那么，它就完全可以成為路盲者的導航工具。

　　延伸閱讀

　　鳥類和海龜認路 或因能感應地球磁場

　　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位置，因為在浩瀚的海洋和有云霧遮擋的蒼茫天空，是無法看清參照物的。因此，它們的大腦定位系統可能依據的是地球磁場。

　　瑞典研究人員對斑馬雀和德國研究人員對歐洲知更鳥的研究均發現，鳥類視網膜上的Cry4蛋白質可能是它們能夠看到磁場的原因。此前，Cry4蛋白被認為與晝夜節律或生物的睡眠周期有關。這兩種鳥類的Cry4水平在遷徙季節中表現出更高的水平。這被視為鳥類的一種生物指南針。

　　對海龜的研究也發現，海龜的頭部擁有一些具有磁性的粒子，可以幫助海龜感應地球磁場，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方向的能力，有助于航天和航海。（張田勘）

【糾錯】

責任編輯： 王萌萌