脑中“地图”和“指南针”是两套独立系统

 

如果有张地图，你会知道自己在哪，但不知道朝哪个方向；如果有个指南针，你会知道朝哪个方向，但不知道自己在哪。从蚂蚁、小鼠到人类，都是用这两套信息来确定自己在熟悉环境中的位置。但如果到了不熟悉的环境，它们会怎样确定这些信息呢？最近，美国宾夕法尼亚大学研究人员通过小鼠实验证明，这两个系统是独立工作的。相关论文发表在最近的美国《国家科学院院刊》上。 　　
 
物理学家组织网报道称，新实验是对以往“再定位”实验的进一步拓展。早在1986年，宾夕法尼亚大学心理学家郑肯（音译）等人的再定位实验显示，小鼠是利用空间形状来确定自己的位置，而不是其他信息（如画在墙上的条纹）。论文第一作者、该校心理学系研究生乔希瓦·朱利安说，早期研究只用了一个房间，等于小鼠已知自己在哪。实验表明脑内“指南针”虽然管用，但不会告诉小鼠脑内地图。

在新实验中，研究人员训练小鼠在两个矩形房间找食物。两个房间相同，但画在北墙上的条纹标记一个是竖条纹，另一个是横条纹。在竖条纹房间，食物总放在西北角，横条纹的房间，食物总放在东北角。　

论文合著者亚历山大·克耐斯说：“小鼠要找到食物必须解决两个问题：一是‘我在哪个房间？’二是‘我朝着哪个方向？’。理论上，墙上的条纹能告诉小鼠这两个问题的答案，但实际上并非如此。”
 
如果小鼠有一个兼具地图和指南针功能的再定位系统，就会每次都能利用条纹找到食物。然而它们犯了和过去实验中相同的方向错误。在竖条纹房间，小鼠会猜测西北和东南两个角落；在横条纹房间，会猜东北和西南两个角落。这表明墙上的条纹只提供地图功能，告诉小鼠它在哪个房间，而房间的几何形状提供了“指南针”功能，告诉它是朝着哪个方向。
 
“弄清楚自己在哪和朝着哪个方向，这是两个独立的系统。”心理系教授拉塞尔·埃普斯坦说，“有些线索只能影响其中之一。因为小鼠在不同房间选择了不同角落，它们能用墙上的条纹来确定自己在哪个房间，但条纹墙不能告诉它们朝哪个方向。”
 
研究人员表示，今后的研究还将收集小鼠脑中“位置细胞”的直接记录。“位置细胞”和相应的“网格细胞”共同构成了大脑定位系统的基础。