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為什么有的人總“找不著北”?
2019-02-20 07:58:40 來源: 北京日?qǐng)?bào)
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  回家的路怎么走?聽見這個(gè)問題,估計(jì)很多人都會(huì)發(fā)笑:回家的路還能找不到嗎?

  但現(xiàn)實(shí)生活中,有些人真的“找不著北”,不是忘了自己的車停在什么地方,就是不知左右方向,更甚者找不著回家的路。這些異于常人的表現(xiàn)并非是他們的大腦有認(rèn)知障礙,而是天生難辨方向??茖W(xué)家發(fā)現(xiàn),大腦中有兩種細(xì)胞決定著你是否是個(gè)“路盲”。

  1.人的方向感由位置細(xì)胞引導(dǎo)

  在地球上的動(dòng)物中,人的方向感沒什么優(yōu)勢(shì),只屬于二維動(dòng)物。我們?cè)陉懙厣蠈ふ曳较蛏锌桑搅丝罩?、海洋、沙漠和森林,就需要地面?dǎo)航、雷達(dá)導(dǎo)航和記憶導(dǎo)航的幫助。而在空中和海洋生活的動(dòng)物,如鳥類、魚類,都是三維動(dòng)物。它們可以憑借自己大腦中的導(dǎo)航系統(tǒng),根據(jù)前后左右上下的立體坐標(biāo)找到方向,或瞄準(zhǔn)目標(biāo)捕食,或返回故鄉(xiāng)孕育后代。

  英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院教授約翰·奧基夫最早發(fā)現(xiàn)了動(dòng)物和人的大腦中的位置細(xì)胞,并認(rèn)定它們是構(gòu)成大腦定位系統(tǒng)的關(guān)鍵細(xì)胞之一。

  1971年,奧基夫在記錄小鼠大腦內(nèi)海馬體單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞信號(hào)的過程中注意到,當(dāng)小鼠位于房間內(nèi)某一特定位置時(shí),一部分神經(jīng)細(xì)胞會(huì)被激活;當(dāng)小鼠在房間內(nèi)的其他位置時(shí),另外一些細(xì)胞顯示激活狀態(tài)。小鼠在到達(dá)一扇門或一堵墻時(shí),有不同的神經(jīng)細(xì)胞被激活。這提示,被激活的細(xì)胞就是小鼠感知自身位置的位置細(xì)胞,這些位置細(xì)胞并非只是簡(jiǎn)單接收視覺信息,而是在構(gòu)建小鼠辨識(shí)所在房間的大腦地圖。

  海馬體會(huì)根據(jù)不同的環(huán)境產(chǎn)生大量的地圖,這些地圖在動(dòng)物所處不同環(huán)境時(shí)由大量神經(jīng)細(xì)胞共同作用而形成。因此生物體對(duì)環(huán)境的記憶,可以用海馬體中神經(jīng)細(xì)胞特定激活組合的方式來進(jìn)行存儲(chǔ)。

  由此,奧基夫和美國(guó)亞利桑那大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家納達(dá)爾共同撰寫了一本專著《海馬是一個(gè)認(rèn)知地圖》,描述了大腦中的海馬是如何幫助動(dòng)物和人定位的,其本質(zhì)就是,海馬是大腦中一種內(nèi)在的定位系統(tǒng)。

  2.“路盲”因大腦細(xì)胞未激活?

  僅有位置細(xì)胞不足以防止“路盲”,還必須有運(yùn)動(dòng)和空間位置(三維)導(dǎo)航才能讓人有正確的方向感。其實(shí),人的大腦中同時(shí)存在著二維和三維的導(dǎo)航工具,前者是位置細(xì)胞,后者是網(wǎng)格細(xì)胞。

  挪威科技大學(xué)教授愛德華·莫澤和同為該大學(xué)教授的妻子梅-布里特·莫澤通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了網(wǎng)格細(xì)胞的作用。當(dāng)小鼠經(jīng)過廣闊和復(fù)雜的地形時(shí),小鼠大腦臨近海馬體的另一個(gè)名叫內(nèi)嗅皮層部位的神經(jīng)細(xì)胞被激活。這些細(xì)胞會(huì)對(duì)特定的空間模式或環(huán)境產(chǎn)生反應(yīng),它們?cè)谡w上構(gòu)成網(wǎng)格細(xì)胞。這些細(xì)胞組成一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng),就像人們繪制地圖以經(jīng)線和緯線來劃分不同方向和位置的坐標(biāo)一樣。

  他們把小鼠裝入盒子中讓小鼠奔跑,并連接上計(jì)算機(jī),以圖形來顯示它們的前進(jìn)方向,結(jié)果形成了清晰的呈六邊形的網(wǎng)格形狀,就像一個(gè)蜂巢。但盒子里并沒有六邊形狀存在,這一形狀是在小鼠的大腦內(nèi)抽象地形成并疊加于環(huán)境中的。這意味著小鼠可以通過網(wǎng)格細(xì)胞把空間分割為蜂窩那樣的六邊形,并且把運(yùn)動(dòng)軌跡記錄在蜂窩狀的網(wǎng)格上。

  網(wǎng)格細(xì)胞能夠判斷自身頭部對(duì)準(zhǔn)的方向以及房間的邊界位置,它們與位置細(xì)胞相互協(xié)調(diào),構(gòu)成一個(gè)完整的神經(jīng)回路。這個(gè)回路系統(tǒng)形成了一個(gè)復(fù)雜而精細(xì)的定位體系,就是大腦中的定位系統(tǒng)。

  雖然“路盲”的準(zhǔn)確原因還需要更為詳盡的研究來破譯,但大體上可以推論其原因是大腦中的位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞功能減弱,或細(xì)胞數(shù)量較少,或細(xì)胞沒有完全被激活,因而出現(xiàn)了導(dǎo)航能力較差,或不能導(dǎo)航等問題。

  3.想更認(rèn)路不妨學(xué)習(xí)出租車司機(jī)

  大腦中位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞的發(fā)現(xiàn),令約翰·奧基夫、愛德華·莫澤和梅-布里特·莫澤獲得了2014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

  找到最佳的方向和交通線路快速回家,不只是節(jié)省時(shí)間,節(jié)約錢財(cái),還可以保障人的生命安全。時(shí)有發(fā)生的被困在山區(qū)、森林的驢友的死亡悲劇就是最好的例子。

  “路盲”與位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞的功能有關(guān),但也與記憶有關(guān)。位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞就是一種感知方向的記憶細(xì)胞,因此,通過訓(xùn)練和實(shí)踐是可以更好地辨別方向、改變“路盲”狀況的。

  英國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn),倫敦出租車司機(jī)具有辨別方向的“超強(qiáng)大腦”,而且是后天訓(xùn)練出來的(其他城市的出租車司機(jī)也一樣)。要成為一名倫敦出租車司機(jī)很不容易,除了要躲避行人和雙層巴士外,還要通過稱為“知識(shí)”的一套嚴(yán)格培訓(xùn)考試,記憶復(fù)雜的街道情況。

  2000年,英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院的神經(jīng)生物學(xué)家馬圭爾和伍利特發(fā)現(xiàn),與其他成年男性相比,倫敦出租車司機(jī)的海馬體體積更大,形狀也不同,這說明大腦中的這一區(qū)域?qū)τ诳臻g記憶來說至關(guān)重要。由于適者生存和用進(jìn)廢退的原理,出租車司機(jī)大腦里的位置細(xì)胞和網(wǎng)絡(luò)細(xì)胞功能比普通人要強(qiáng),且有可能這類細(xì)胞比普通人更多。

  幾年后,馬圭爾和伍利特對(duì)倫敦的新出租車司機(jī)再次進(jìn)行研究,在接受培訓(xùn)前、培訓(xùn)中和培訓(xùn)后測(cè)量司機(jī)的腦部,并將司機(jī)的“知識(shí)”測(cè)試成績(jī)與腦部掃描結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示:在培訓(xùn)開始前,海馬體體積沒有區(qū)別;培訓(xùn)之后,通過測(cè)試的司機(jī)的海馬體體積變得更大了。

  當(dāng)時(shí),尚未獲得諾貝爾獎(jiǎng)的愛德華·莫澤便認(rèn)為,這個(gè)結(jié)果證明人的大腦海馬體中隱藏著一幅能夠標(biāo)明人們所處空間位置的地圖。不過,這一研究更能證明的是,出租車司機(jī)之所以會(huì)記得倫敦市的大街小巷,而且能用最近的線路和最短的時(shí)間把客人送到目的地,原因在于他們的職業(yè)在幫助其進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練。他們記憶的基礎(chǔ)是大腦海馬體,而這個(gè)海馬體比一般人的大,位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞比一般人多,其功能也比一般人強(qiáng)大,所以才有出色的方向感。

  根據(jù)這個(gè)原理,路盲者不妨向出租車司機(jī)學(xué)習(xí),別總宅在家中,應(yīng)外出學(xué)習(xí)辨路識(shí)方向。由此,逐步刺激自己大腦中的位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞發(fā)揮功能,提高辨認(rèn)方向的能力。

  4.人工智能有望像“大腦”一樣導(dǎo)航

  現(xiàn)在,有另一種方式可以為人們指路,這就是人工智能。

  英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院的研究人員牽頭開發(fā)了一種AI模擬系統(tǒng),將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中自動(dòng)出現(xiàn)的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與一個(gè)更大型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)結(jié)合,形成人工智能體。結(jié)果發(fā)現(xiàn),這一人工智能在游戲迷宮中向目的地前進(jìn)的導(dǎo)航能力超越了一般人,而且它能像哺乳動(dòng)物一樣尋找新路線和抄近路。

  這種人工智能的定位單元類似于人和小鼠大腦中的網(wǎng)格細(xì)胞,被稱為網(wǎng)格單元,能自動(dòng)生成與大腦細(xì)胞活動(dòng)非常相似的網(wǎng)格模式。比較而言,網(wǎng)格細(xì)胞能幫助小鼠自動(dòng)找到方向和捷徑,網(wǎng)格單元也能夠指導(dǎo)小鼠尋找捷徑,并具有超越人類的巡航能力。

  也就是說,這種人工智能與現(xiàn)有導(dǎo)航軟件的不同之處在于,它不完全是大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和模擬,而是具備了智能認(rèn)路的功能,能夠在陌生環(huán)境中,找到正確的道路,甚至捷徑。這種人工智能的定位方式,與人和生物在億萬(wàn)年演化中形成的生物指南針高度一致。

  物理網(wǎng)絡(luò)模式能證明生物的網(wǎng)絡(luò)模式,并且兩者可以重疊,再次證明了人和動(dòng)物尋找方向是依賴大腦中的位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞。未來要做的研究是,如果這種人工智能可以設(shè)計(jì)為手表,或者植入進(jìn)手機(jī)中,那么,它就完全可以成為路盲者的導(dǎo)航工具。

  延伸閱讀

  鳥類和海龜認(rèn)路 或因能感應(yīng)地球磁場(chǎng)

  有一些研究表明,海龜游弋萬(wàn)里和鳥類飛行千里并非依靠參照物來辨認(rèn)位置,因?yàn)樵诤棋暮Q蠛陀性旗F遮擋的蒼茫天空,是無法看清參照物的。因此,它們的大腦定位系統(tǒng)可能依據(jù)的是地球磁場(chǎng)。

  瑞典研究人員對(duì)斑馬雀和德國(guó)研究人員對(duì)歐洲知更鳥的研究均發(fā)現(xiàn),鳥類視網(wǎng)膜上的Cry4蛋白質(zhì)可能是它們能夠看到磁場(chǎng)的原因。此前,Cry4蛋白被認(rèn)為與晝夜節(jié)律或生物的睡眠周期有關(guān)。這兩種鳥類的Cry4水平在遷徙季節(jié)中表現(xiàn)出更高的水平。這被視為鳥類的一種生物指南針。

  對(duì)海龜?shù)难芯恳舶l(fā)現(xiàn),海龜?shù)念^部擁有一些具有磁性的粒子,可以幫助海龜感應(yīng)地球磁場(chǎng),以此來確定自己在海洋中的確切位置,并修正自己的航道。

  這些研究向人類傳遞的線索是,可以通過仿生來借鑒鳥類和海龜辨認(rèn)方向的能力,有助于航天和航海。(張?zhí)锟保?/p>

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【糾錯(cuò)】 責(zé)任編輯: 王萌萌
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