当你走出电梯时，你多久会知道——凭内在的、不假思索的——该往哪个方向转？
对某些人来说，特别是那些每天早上乘坐钢笼到办公室的人来说，正确的方向感是自动的。其他人则需要思考该往哪里走，可能会尴尬地与电梯里的同伴发生碰撞。无论哪种情况，我们都在使用内在导航。一项对蝙蝠的新研究解释了我们的大脑细胞如何帮助实现这一点，直接响应水平或垂直方向，并充当内部罗盘。
导航需要两样东西：知道你在哪里，这就像拥有一张地图；以及知道你在地图上的哪个方向，这就像拥有一枚罗盘。哺乳动物需要处理大量这些信息才能安全地导航我们的环境，从在拥挤的电梯门厅中穿行的人类，到在地下打洞的鼹鼠，再到在树林中飞行的蝙蝠。
此前对大鼠的研究发现了一个大脑中心，它有助于处理这一切。它位于海马体的背侧前下丘脑。根据几项已发表的研究，这些所谓的“头部方向细胞”可以帮助大鼠、蝙蝠、猫、海豚和其他哺乳动物定位自己。但没有人研究过大脑中如何同时处理所有三个头部方向——向上、向下和向侧面。
以色列魏茨曼科学研究所的Arseny Finkelstein及其同事着手进行这项研究，他们专注于埃及果蝠的背侧前下丘脑。他们连接了无线设备来测量蝙蝠在寻找食物时爬行的大脑活动，并测量蝙蝠在三维空间中的移动方向，以便将蝙蝠的行为与其大脑活动相关联。他们还监测了蝙蝠飞向一个它们将头朝下着陆的栖木。这是一个棘手的动作——想象一下一只蝙蝠向前飞向栖木，身体和翅膀都向前。当它着陆时，它会翻转身体，可以说，然后向上伸出腿。最后，它的头部朝下，面向它来时的方向，这个旋转会让大多数人感到头晕。
通过观察蝙蝠的大脑活动，研究人员注意到某些细胞对水平方向作出反应，而另一些细胞则对垂直方向作出反应。总的来说，这些细胞帮助蝙蝠在空间的所有三个维度上追踪它们的朝向。研究人员最初猜测这是一个球体，但事实是，头部方向细胞呈现出环形形状——它们看起来像一个厚厚的甜甜圈，研究人员将其称为“3D神经罗盘”。这个罗盘是如何工作的呢？当蝙蝠旋转身体时，它大脑中的神经细胞会沿着甜甜圈逐渐移动。它们以一种代表蝙蝠方向的模式被激活。
同一批研究人员最近还报告了蝙蝠大脑中的3D位置细胞，他们认为这些细胞协同工作——一个相当于地图，一个相当于罗盘。
作者指出，其他动物的神经罗盘可能呈球形，这也能在侧向翻滚时追踪动物的方向。但蝙蝠很少这样做，所以甜甜圈的形状对它们来说刚刚好。还需要进一步研究来描述其他哺乳动物中类似的系统，但研究人员认为它们可能不限于蝙蝠。
他们写道：“我们预测，在非飞行哺乳动物中，例如松鼠、猫、海豚和灵长类动物，它们生活在复杂的3D环境中或会上下转头，也可能发现联合3D头部方向细胞。”
该论文今天在线发表在《自然》杂志上。
DOI: https://dx.doi.org/10.1038/nature14031/
