你是否曾从跑步机或机场的自动人行道上下来，感到一种不安的错觉，仿佛整个世界都在以不同的速度移动？事实并非如此，但约翰霍普金斯大学科学家们的新研究，详细解释了在大鼠——以及我们身上——究竟发生了什么。
大鼠和人类都有海马体，这是大脑中负责记忆和导航的区域。这个区域中的一些神经元被称为“位置细胞”，当人类或大鼠回到它们认识的某个位置时，这些神经元会“亮起”。这些位置细胞在一个称为“发放场”的特定位置发放信号。是什么导致了发放场的形成，目前仍未完全理解，但这项新研究为此提供了一些线索。
要得到这些答案，需要进行一些巧妙的实验设计。研究人员建造了一个带有圆形桌子的圆顶，他们可以在其中投影“地标”图像。然后，他们放入大鼠，并实时监测它们的海马体功能，以观察哪些神经元在何时会亮起。
“投影了三个地标，大鼠在圆桌上跑动，”该研究的作者Manu Madhav说。Madhav是约翰霍普金斯大学神经科学和机械工程系的博士后研究员。“当大鼠跑动时，最初地标根本不移动。”在这个过程中，大鼠的神经元表现符合预期：位置细胞在桌子上稳定地发放信号，表明大鼠认识到这个位置。
然而，后来，研究人员开始移动地标。想象一下，大鼠正在玩一款第一人称视频游戏，周围的景物飞速掠过：通过改变地标看起来出现的位置，研究人员制造了一种视觉错觉，让啮齿动物以为它们移动的速度比实际速度快或慢。最后，研究人员精确地使地标的移动速度与大鼠的移动速度相匹配，这样在地标相对于图像看来，就好像它们根本没有移动一样。
这导致了一个意想不到的发现。研究人员本以为这种错觉会影响大脑中的位置细胞，使其对大鼠在空间中的位置感到困惑。这是因为，和我们一样，大鼠通过不断地将其位置与周围物体进行三角定位来解读周围环境。考虑到视觉信息表明它们以不同的速度移动，位置细胞——可以说是我们的大脑内置GPS——应该会重新校准。
但研究人员没有想到，这种重新校准甚至会延伸到地标的运动使大鼠看起来根本没有移动，尽管它们显然在移动。Madhav说：“你可能会认为，在某个时候，这些神经元会放弃。”但它们却持续地告诉大鼠它正静止不动。在人类身上，这可能感觉就像离开机场的自动人行道后那一刻的迷失方向感。
研究人员还尝试完全移除地标，并发现这些变化——感知到的加速或减速——在大鼠的海马体中依然持续存在。
这听起来可能是一个小细节，但位置细胞不仅仅是我们的“内置GPS”。研究表明，它们也深深地参与到记忆的形成中。了解大脑的这个区域如何工作，可能有助于从开发阿尔茨海默病的新疗法，到设计更高效的机器人。以色列理工学院教授、未参与此次研究的神经科学家Dori Derdikman表示：“位置细胞对我们来说极其重要。”他表示，通过了解它们的工作方式，“我们就能了解我们的记忆是如何组织的。”
这意味着这项研究是一个重大的消息，因为它提供了更多关于导致我们的位置细胞形成其发放场的细节。神经科学家们知道这与我们如何记忆与自身相关的路径和地点有关。但此前并不完全清楚位置细胞是仅仅因为识别出地标而发放信号，还是作为理解路径并为将来使用而记忆过程的一部分。这项研究表明，视觉地标是大鼠学习路径并校准其相对于它们曾经去过的其他地方的位置的重要方式。
Derdikman说，这在大鼠身上令人惊讶，因为啮齿动物通常不被认为有很强的视觉能力。“我认为这是一个非常巧妙的实验，”他说。
