大脑拥有两套地标导航系统
2020/6/17 0:18:03 生物流BioStream
想象以下两种场景。
场景一
上海的夜灯火通明。你第一次来上海游玩，人生地不熟，寄宿在朋友家里。
晚上九点来钟，你满身疲惫，该回去了。但那些无数璀璨的灯光只能照亮旁边巴掌大的空间，其他地方依旧深埋在黑暗里。
朋友家在哪里？
你记得是在东方明珠塔后方，远离黄浦江的方向。于是你以东方明珠塔为地标，顺利找到了回家的路。
场景二
停电了。
屋里一片漆黑。
唯一的光源来自窗户，那是透射进来的月光。
你需要摸索到窗户右边，靠墙的桌子旁，上面有蜡烛和火柴。
以窗户为地标，你成功找到淹没在黑暗中的桌子，点燃蜡烛，重获光明。
近地标导航和远地标导航
场景一里，东方明珠电视塔是高耸在远处的一座建筑，远离你身处的小环境，属于远地标。
场景二里，发光的窗户是你身边小环境的一部分，属于近地标。
科学家发现，大脑有两套大脑系统，分别用来处理远地标和近地标导航两种情况。
其中，远地标导航依赖于内嗅皮层——海马环路，而近地标导航依赖于后顶叶——海马环路。
参与远地标导航的内嗅皮层位于大脑底部。
大鼠(上)和猕猴(下)大脑中内嗅皮层的位置
处理近地标信息的后顶叶，位于大脑顶部稍靠后的位置。
大鼠(上)和人类(下)大脑中后顶叶的位置
而空间信息处理的中心海马，埋在颞叶内侧，从大脑表面看不到，剖开大脑才能窥见。
大鼠(上)和人类(下)大脑中海马
我们一起来看看科学家在啮齿类动物大鼠上的科学实验。
莫氏水迷宫
动物导航实验中，最常见的一种名为莫氏水迷宫实验，以其发明者 Richard G. Morris 命名。
莫氏水迷宫的实验装置很简单，包括一个装水的大圆桶、一个隐藏在水面下肉眼不可见的小平台，还有几个类似地标的视觉标记。
莫氏水迷宫实验装置
当大鼠被放到大圆桶中后，大鼠必须游泳以避免被淹死。在游泳的过程中，大鼠最终会碰到隐藏在水下面的平台。站上去，大鼠就可以从无休止的游泳中解脱出来。大鼠会被放进水中很多次，因此，为了避免溺水的危险，大鼠需要记住水下平台的位置。
每次大鼠入水的位置是随机的，因此大鼠需要一个固定的参考点来定位和记忆水下平台。视觉标记便是为此设计的。
大鼠会利用这些标记来记忆水下平台的位置。如果打乱这些视觉标记，大鼠就会迷失掉平台的方位。
如果视觉标记在水桶之外的远方，那么这些标记就属于远地标。如果标记位于大鼠所处的水桶之内，或者说位于大鼠活动范围之内，那么就是近地标。
无论是远地标还是近地标，正常的小鼠都可以在几天之内记住水下平台的位置，它们会径直地奔向平台。像这样：
内嗅皮层——海马环路参与远地标导航，后顶叶——海马环路参与近地标导航
科学家发现，当地标是远地标时，内嗅皮层损毁的大鼠，即使经过几天的学习，依旧无法快速地直抵水下平台，它们需要花费比正常大鼠更多的时间找到水下平台。而后顶叶损毁的大鼠，则表现得几乎跟正常老鼠一样。
远地标导航任务
而当地标是近地标时，结果却刚好相反。
内嗅皮层损毁的老鼠在莫氏水迷宫中的表现不受影响，而后顶叶损毁的老鼠则受损严重，每次找到平台所需的时间都比正常大鼠要长。
近地标导航任务
以上实验表明，内嗅皮层参与远地标空间导航相关的学习记忆，而后顶叶参与近地标空间导航学习记忆。
而海马，作为大脑空间信息处理的中心，既参与远地标空间导航，又参与近地标导航。如果把海马损毁，大鼠在两种地标导航中的表现都会受损。
海马既参与近地标，也参与远地标导航
综上，后顶叶——海马环路在近地标导航任务中至关重要，而内嗅皮层——海马回路则在远地标导航中必不可少。
总结
生活中，我们离家出行后，经常需要依据土地上醒目的高大建筑物来判断回家的方向。同时，有时我们也需要在家里几十平米的小空间内，根据身边的物体来导航定位，例如文章开头停电的场景。
大脑分别进化出了两套神经环路来处理两种导航情景，后顶叶——海马环路负责近空间，而内嗅皮层——海马负责远空间。大脑之所以如此进化，背后肯定有其原因。但这一原因目前并不十分清楚。
科学家有一些猜测。
导航时，大脑需要处理地标、目的地和自身位置之间的关系。
远地标情景下，地标远在动物活动范围之外，因此地标、目的地和自身的位置关系是相对刚性的、固定的，不会随着动物的运动而改变。也就是说，在远地标导航时，动物可以较少关注自身的运动产生的影响。远地标可以为动物导航提供一个稳定的方向。
而近地标则不然，因为近地标位于动物运动范围之内，地标、目的地和自身位置会随着动物的运动而发生频繁改变，近地标无法提供一个稳定的目标方向。跟随着运动，动物随时需要将自身运动考虑进去。而在整合自身运动的过程，后顶叶必不可少。实验证据也显示，后顶叶的神经元放电对大鼠自身的运动非常敏感。
(生物流系头条号签约作者)
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