Nature：大腦GPS系統不僅僅是導航那麼簡單

3月29日，《Nature》期刊新發表一篇題為「Mapping of a non-spatial dimension by the hippocampal–entorhinal circuit」的文章，揭示發揮GPS功能的大腦區域並不僅僅只是負責導航那麼簡單，研究證實這些特定的大腦區域還參與認知、學習等任務。

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大腦中的GPS系統

我們如何在陌生的空間找到方向感？如何從一個地方走到另一個地方？這些技能的實現得益於大腦內配置的精妙「GPS系統」。它們類似於百度地圖、高德地圖，負責在大腦內映射出空間地圖，並指導定位和導航。

參與GPS功能的細胞有兩類：海馬區的位置細胞（負責構建空間地圖，由John O『Keefe發現）和內嗅皮層的網格細胞（負責定位與導航，由May-Britt Moser和Edvard I. Moser發現）。位置細胞與網格細胞相互合作，組成一條完成的神經迴路。這一迴路系統構成負責而精細的定位體系，即「GPS」。

藉助GPS系統，我們能夠感知所處位置、判斷方向。2014年，這3名傑出的科學家因這一偉大成果榮獲2014年度諾貝爾生理或醫學獎。

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不僅僅只是導航

現在，來自於普林斯頓大學神經科學研究所的科學家們發現，這一特殊迴路或許不僅僅只是導航那麼簡單。他們證實，當大鼠大腦傾聽、回應一些聲音時，這些參與空間定位的細胞系統會啟動同樣的活躍模式。這意味著，大腦負責GPS功能的區域還參與其他更多的認知、學習功能。

研究團隊關注的大腦區域被稱為海馬區（hippocampus），主管人類的近期主要記憶，存儲幾周內或者幾個月內的事物，使其保持鮮明並便於提取。所以，如果海馬區受損，相應的記憶能力也會丟失。最典型的病例是著名的健忘症患者Henry Gustav Molaison（H.M.），因為包括海馬體在內的部分大腦區域被切除，H.M.形成新記憶的能力受到嚴重損害。

這一研究有望解決神經科學領域久懸未決的謎團：海馬區如何同時構建外界地圖和存儲新的記憶？

在已有的研究中，科學家們發現，當動物在室內活動時，海馬區位置細胞會處於活躍狀態。文章第一作者、普林斯頓大學神經科學研究所博士後（現任哥倫比亞大學神經科學助理教授）Dmitriy Aronov好奇的是：這些活躍細胞如何與記憶關聯？

團隊負責人、普林斯頓大學神經科學研究所的主任David Tank教授推測，可能是因為包括位置細胞、網格細胞在內的GPS系統並不專屬於定位、導航。它們還參與其他的認知活動，例如學習、記憶，而空間定位、構建地圖僅僅只是這些特定區域功能的「冰山一角」。

他們認為，之前的研究之所以僅僅只揭開了定位功能，可能是因為參與試驗的老鼠們花費大部分時間探索新環境以便尋找到食物。

為了驗證他們的假設，研究人員選擇讓大鼠傾聽聲音，並在特定頻率下做出響應。他們通過記錄海馬-內嗅皮層區域神經元的活動，尋找GPS系統負責記憶、學習功能的證據。

Tank和Aronov與2018屆本科生Rhino Nevers一起完成了相關試驗：首先，他們訓練大鼠按壓槓桿，以增加聲音的頻率。當聲音頻率達到最高值，通過獎勵機制訓練它們放掉槓桿。

在這期間，研究人員記錄它們大腦相應區域的活動模式。結果顯示，探索聲音的大腦活動模式與探索空間環境類似。而且，參與聲音認知活動的神經元與負責導航的神經細胞一致，包括海馬區的位置細胞、內嗅皮層的網格細胞。

這些研究結果表明，海馬區-內嗅皮層系統有共同的機制參與不同類型的任務。「我們的研究意味著，這些負責導航的大腦區域並不僅僅只限於空間定位。當你位於新環境中，大腦不僅僅只是構建地圖，它還會對你所在位置進行記憶。這一研究回答了海馬區同時記憶、定位的謎團。」

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參考資料：Brain s GPS does a lot more than just navigate

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