Nature：揭示大脑内部指南针工作机制

在一项新的研究中，来自加拿大麦吉尔大学和美国德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员通过用最新的大脑成像技术跟踪神经活动，对大脑中给我们带来方向感的部分有了新的认识。这些发现针对大脑如何在不断变化的环境中定位，甚至还揭示了诸如痴呆症之类的让人感到迷失和困惑的退行性疾病可能出错的过程。相关研究结果于2023年3月22日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Population dynamics of head-direction neurons during drift and reorientation”。

论文共同通讯作者、麦吉尔大学精神病学副教授Mark Brandon说，“神经科学研究在过去十年中见证了一场技术革命，使我们能够提出并回答几年前只能梦想的问题。”

读取大脑的内部指南针

为了了解视觉信息如何影响大脑的内部指南针，这些作者将小鼠暴露在一个迷失方向的虚拟世界，同时记录大脑的神经活动。他们利用神经元记录技术的最新进展，以前所未有的精度记录了大脑的内部指南针。

这种精确解码小鼠内部头部方向的能力使得这些作者能够探索构成大脑内部指南针的头方向细胞（Head-Direction cell）如何支持大脑在不断变化的环境中重新定位的能力。具体来说，他们发现了一种他们称之为“网络增益”的现象，这使大脑的内部指南针在小鼠迷失方向后能够重新定位。

论文共同通讯作者、麦吉尔大学的Zaki Ajabi说，“就好像大脑有一种机制可以实施‘重置按钮’，允许在混乱的情况下迅速重新确定它的内部指南针的方向。”

虽然这项研究中的小鼠被暴露在非自然的视觉体验中，但是这些作者认为，这样的场景已经与现代人类的经验有关，特别是随着虚拟现实技术的迅速传播。Ajabi补充说，这些发现“可能最终解释了虚拟现实系统如何能够轻易地控制我们的方向感”。

图片来自Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05813-2。

这些研究结果启发了这些作者开发新的模型，以更好地理解其基本机制。论文共同作者、德克萨斯大学奥斯汀分校助理教授Xue-Xin Wei说，“这项新研究是一个很好的例子，说明实验和计算方法一起可以推进我们对驱动行为的大脑活动的理解”。

退行性疾病

这些发现对阿尔茨海默病也有重大影响。Brandon说，“阿尔茨海默病最初自我报告的认知症状之一是人们变得迷失方向和迷路，甚至在熟悉的环境中。”

这些作者预计，对大脑内部指南针和导航系统如何工作的更好理解将导致对阿尔茨海默病的早期检测和更好的治疗评估。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Zaki Ajabi et al. Population dynamics of head-direction neurons during drift and reorientation. Nature, 2023, doi:10.1038/s41586-023-05813-2.