我是誰?我在哪?這裡是哪裡?腦內的導航系統到底是怎麼運作?——《錯把自己當老虎的人》上

  • 作者/海倫‧湯姆森;譯者/洪慧芳

告訴你確切位置的「位置細胞」

1960 年代,倫敦大學學院的神經學家約翰.奧基夫(John O’Keefe)開始探究「一般導航能力的祕訣存在於海馬迴」這個概念。

為了驗證這個理論,奧基夫趁著老鼠在開放空間行走時,研究牠們的大腦。他想知道老鼠探索環境時,哪些神經元是活躍的。他在老鼠的海馬迴裡植入一組薄電極,海馬迴可以記錄個別神經元與相鄰神經元通訊時所產生的微小電位尖波。

奧基夫利用這項技術時,發現有一種細胞只有在動物處於特定位置時才會發動。每次老鼠經過那個地方,那個細胞就會「啪」一聲發動。它附近的另一個細胞似乎只關心另一個不同的位置。只要老鼠走到那個地方,它就會「啪」一聲發動。下一個細胞只會跟著另一個位置產生反應,依此類推。

這些細胞的活動組合可以告訴你老鼠的確切位置,精確度在五平方公分內。奧基夫將這些細胞命名為「位置細胞」(place cell),並顯示它們如何一起告訴大腦的其他部分:「這是我目前的所在位置。」

位置細胞不只告訴大腦目前所在的位置,還能接收其他資訊

後續的數十年間,科學家發現位置細胞不只做這項任務。它們附近有個區域叫「內嗅皮質」 (entorhinal cortex),位置細胞也會從內嗅皮質的另外三種細胞接收資訊。

黑線顯示一隻大鼠在一個方形空間的運動軌跡,紅點是一個內嗅皮層細胞放電時大鼠所在的位置。圖/wikimedia

整合資訊到認知圖中的網格細胞

其中一種細胞稱為網格細胞(grid cell),是由梅-布里特.莫澤(May-Britt Moser)和愛德華.莫澤(Edvard Moser)這一對前夫妻檔發現的,他們兩人都是出生在挪威西海岸外的偏遠島嶼上。

他們兩人發現,導航能力有部分是依賴我們能夠思考自己如何移動,以及我們來自何處。

想想你在停車場中走向售票機、然後再折返回車子的方式。梅—布里特.莫澤和愛德華.莫澤發現,網格細胞是負責把這些資訊整合到認知圖中的神經元。

圖/wikimedia

為了理解網格細胞是如何運作的,你可以想像一片地毯上布滿了六邊形所組成的網格,狀似蜂巢,你在裡面走動。你抵達網格中任一個六邊形的邊角時,那個網格細胞就會發動。把網格稍稍移向地毯的另一端,當你抵達六邊形的邊角時,就會換另一個網格細胞發動,依此類推。這些細胞建立了一個通用的空間地圖,持續為你的所在位置以及某些地標之間的相對距離提供最新資訊。

你與牆壁、邊界的相對位置,邊緣細胞來告訴你

位於內嗅皮質的另一種細胞是邊緣細胞(border cell)。這些細胞告訴你,你相對於某些牆壁和邊界的位置。例如,你的南方附近有一堵牆時,某個邊緣細胞會發動。你介於兩堵牆之間或靠近懸崖邊緣時,另一個邊緣細胞會發動。

轉向時,發動「頭向細胞」

為了讓你掌握資訊的全貌,邊緣細胞也與頭向細胞(head direction cell)共用空間。頭向細胞顧名思義,是指動物的臉部轉向特定方向時才會發動的細胞。

總和來說,我們如何找到目的地呢?

關於我們如何四處遊走,目前大家最普遍接受的理論是:大腦儲存著位置細胞在特定位置的發動型態,以便我們回到那個位置時,可以把它們當成指引。

買完東西,找車囉!圖/GIPHY

例如,想像一下,你逛街一整天後去取車。這時位置細胞受到頭部方向、身體移動、周圍環境的影響,劈哩啪啦地發動。它們指引著你移動,直到當前的活動型態符合儲存的型態。瞧!你找到車子了。

不過,故事尚未結束。儘管腦內有這些活動,但腦內的羅盤不僅於此。關於導航能力之謎,這裡還缺了一塊拼圖。那一塊非常重要,失去它時,可能攸關生死。

——本文摘自《錯把自己當老虎的人》,2019 年 7 月,漫遊者文化


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