科技日報(bào)訊 （記者常麗君）飛行員要訓(xùn)練防止眩暈，因?yàn)檠灂?dǎo)致突然失去垂直方向感而不能辨別上下方位，這可能導(dǎo)致飛機(jī)失事。科學(xué)家認(rèn)為，這種情況是腦中一個(gè)功能類似于3D羅盤的腦區(qū)暫時(shí)出了故障。最近，以色列魏茨曼科學(xué)研究所利用蝙蝠實(shí)驗(yàn)，首次證明了哺乳動物腦中存在這種3D羅盤，這些特定的神經(jīng)元能感知動物的頭正朝向哪個(gè)方向，以此幫它在三維空間里導(dǎo)航。相關(guān)論文發(fā)表在最近的《自然》雜志上。

　　辨別方向要靠空間記憶，這種記憶主要在腦深處的海馬結(jié)構(gòu)區(qū)形成。在哺乳動物中，有3種不同的細(xì)胞分布在海馬結(jié)構(gòu)區(qū)的不同位置，構(gòu)成了導(dǎo)航系統(tǒng)的主體：“地方”與“網(wǎng)格”細(xì)胞就像GPS，讓動物能跟蹤自己的方位；“頭部方向”細(xì)胞，就像羅盤，當(dāng)動物的頭指向一個(gè)特定方向時(shí)會做出反應(yīng)。有關(guān)“地方”和“網(wǎng)格”細(xì)胞的研究已經(jīng)很多，并獲得了2014年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎。但“頭部方向”細(xì)胞是直到最近才開始以二維形式在小鼠中研究的，對大腦如何編碼三維方向就了解得更少。

　　研究人員開發(fā)出一種跟蹤裝置，能以視頻檢測頭部三個(gè)角度的轉(zhuǎn)動——飛行術(shù)語中叫做偏航、俯仰和滾轉(zhuǎn)。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)12月4日（北京時(shí)間）報(bào)道，他們用這種裝置觀察了自由飛行的埃及果蝠，通過植入微電極監(jiān)測蝙蝠的神經(jīng)活動。借助微電極記錄顯示，在海馬結(jié)構(gòu)的一個(gè)特殊亞區(qū)，神經(jīng)元也會調(diào)整到與頭部一致的特定三維角度：只有當(dāng)動物的頭指向該三維角度時(shí)，特定神經(jīng)元才會被激活。

　　新研究首次揭示了大腦怎樣結(jié)合水平線來計(jì)算垂直方向感。在神經(jīng)羅盤中，水平和垂直方向是分開處理的，復(fù)雜程度也不同：在反應(yīng)水平面上的方向時(shí)，海馬結(jié)構(gòu)一個(gè)亞區(qū)的頭部方向細(xì)胞被激活，幫它在二維平面定向；而對垂直運(yùn)動起反應(yīng)的細(xì)胞，即三維定向，位于另一個(gè)亞區(qū)。研究人員認(rèn)為，二維朝向細(xì)胞是為水平運(yùn)動服務(wù)的，比如人們在開車時(shí)；而三維細(xì)胞對復(fù)雜的三維空間運(yùn)動非常重要，如攀爬樹枝，人類在多層建筑中移動，或駕駛飛行器。

　　他們還在倒掛蝙蝠身上進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，研究蝙蝠的腦怎樣計(jì)算出頭部方向信號，發(fā)現(xiàn)它們腦中有一種極高效的圓環(huán)坐標(biāo)系，可執(zhí)行這些計(jì)算，使蝙蝠能在空中給自己迅速定位，無論它們向上還是向下運(yùn)動。

　　本研究支持了海馬結(jié)構(gòu)中頭朝向細(xì)胞具有三維神經(jīng)羅盤功能的觀點(diǎn)。雖然是對蝙蝠的研究，但科學(xué)家認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)也適用于不能飛行的哺乳動物，包括在樹枝間跳躍的松鼠、猴子，以及人類。

　　總編輯圈點(diǎn)

　　蝙蝠作為唯一真正能夠飛翔的獸類，其獨(dú)特的夜間飛行能力，一直被人們津津樂道，更成為科學(xué)家們重點(diǎn)研究的對象。如今，通過對蝙蝠的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)哺乳動物腦中存在感知“頭部方向”的3D羅盤，再次讓人感嘆，長相不那么好看的蝙蝠本事確實(shí)不小。更值得一提的是，那些擁有“飛行夢”的有志青年，將來或許不再為“眩暈”發(fā)愁了——因?yàn)?D羅盤既然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，找到修復(fù)它的方法或許也就不遠(yuǎn)了。