大脑的GPS系统受环境形状的影响

据伦敦大学学院的研究人员称，由大脑网格细胞产生的模式被认为是指导导航的模式，会被环境的形状所改变。这意味着网格模式并不是大脑GPS系统测量距离的通用标准，就像之前认为的那样。

大脑中的网格细胞似乎形成了局部环境的内部地图，通过周期性地发出信号来创建一个“网格模式”，帮助动物在黑暗中导航。到目前为止，人们认为所有的网格模式都是六角形的，为大脑提供了均匀间隔的区域，通过这些区域可以测量距离。新的研究推翻了这一理论，因为它显示网格模式扭曲以与当地环境的几何形状保持一致，改变了网格区域之间的距离。

该研究的主要作者，伦敦大学学院细胞与发育生物学的Julija Krupic博士说:“如果你把网格细胞形成的图案想象成我们大脑用来测量距离的尺子，我们会看到尺子根据外部环境的几何形状而弯曲和拉伸。”这导致网格模式在不同形状的外壳之间和同一外壳内发生显著变化。”

这项在大鼠身上进行的研究发表在自然由威康信托基金会和盖茨比慈善基金会资助的这项研究表明，网格模式的结构对环境形状有响应，以至于高度极化的梯形环境会导致通常的六边形网格模式在网格与围墙对齐时断裂。

科学家们研究了41只大鼠在圆形、方形或梯形环境中觅食时，大脑内嗅皮层部分产生的网格模式。他们发现，在极化的外壳中，网格模式与墙壁呈8.8°的角度对齐，并发现这种影响足以在梯形空间中引起扭曲。

研究小组调查了模式的变化是由外部线索引起的，如视觉地标、纹理和气味，还是由大鼠的速度或方向运动的行为改变引起的，发现主要影响是环境几何形状的影响。

研究报告的第一作者之一、伦敦大学学院细胞与发育生物学的Marius Bauza博士说:“我们惊讶地发现，环境边界在永久改变网格模式方面是多么重要，网格细胞的活动是多么局域。”我们发现那些解剖结构上相互接近的内嗅皮层反应一致。我们计划利用这些新信息来完善我们开发的数学模型，以帮助我们理解网格细胞的行为以及网格模式是如何形成的。”

John O'Keefe教授(伦敦大学学院细胞与发育生物学，塞恩斯伯里惠康中心主任，2014年诺贝尔医学或生理学奖获得者)，论文的高级作者，说:“我们知道大脑GPS系统中涉及的其他细胞，如位置细胞和边界细胞受到环境几何形状的影响，现在我们看到网格细胞也是如此。”这可能是因为网格图案没有被用作尺子大脑并且正在做一些不同的事情。当然，他们可能仍然在尝试用梯形来测量距离，但现在这是扭曲的，导致了一个有趣的想法，即我们的大脑在极化几何环境中感知距离的方式不同。我们的下一步将是找出为什么网格模式会根据我们的环境而变化，以及这对角色意味着什么网状细胞帮助我们导航和形成记忆。”