人类非常擅长导航。千百年来，我们就是这样成功地在世界各地的陆地和海洋上迁徙的。它使我们能够在广阔的空间中找到自己的路，从卧室到浴室，然后在半夜再回来。
这种天生的能力是如此的自然，我们既没有注意到它，也没有质疑它。
但它引起了加州大学圣巴巴拉分校(UC Santa Barbara)神经学家金成(Sung Soo Kim)的注意。
“这是一个非常灵活的系统，”Kim说的是一个同步激活的神经元网络，它将感觉信号转换成我们大脑中稳定的方向感。例如，他说，“当你走进一个真正的新环境时，不出几分钟，你的方向感就已经建立起来了。”一旦建立起来，它就会变得稳定，你就不会对你面对的方向感到困惑。
“即使关灯，”分子、细胞和发育生物学系的助理教授金补充说，“你的大脑也会保持方向感，并在你移动时更新它。”
这种现象代表了一种平衡，一方面是动物的方向感的稳定性，使得动物可以进行计划和目标导向的行为，另一方面是适应环境并与环境进行有意义的互动所需要的实时重新映射。
根据Kim的说法，这种灵活性的关键是一个古老的神经科学观点。
他说:“这就是所谓的Hebbian规则。”“它的意思是，当两个神经元一起激活时，它们之间的联系会变得更强，在未来它们会更多地一起激活。”这条规则可以简单地概括为“一起工作的细胞连接在一起”，这条规则在很大程度上解释了动物是如何学习的，记忆是如何保持的，以及，例如，在反复往返于工作和家庭之间之后，我们是如何在虚拟的自动驾驶仪上驾驶自己从一个地方到另一个地方的。
椭球体
果蝇虚拟现实
这个Hebbian规则假说已经被提出来解释在哺乳动物中观察到的方向感的灵活性。然而,事实证明这种可塑性神经元之间导航的挑战在哺乳动物中有几个原因,最重要的是这个乐队的神经元细胞,包括头方向,边境细胞、网状细胞和细胞,统称为“导航神经元”——不计其数,分散在哺乳动物大脑的许多领域。此外，由于技术上的限制，在动物身上获取相同身份的神经元并非易事。
然而，在果蝇(Drosophila melanogaster果蝇)中，这个系统由更少的神经元组成，而且更简单:大约50个“罗盘神经元”排列在一个被称为椭球体的甜甜圈形状的大脑结构中。像批萨饼一样贴在椭球体的周边，这个罗盘神经元网络让苍蝇可以在任何方向上持续更新它的方向感。在任何时候，大约10个相邻的罗盘神经元都是活跃的。这种局部的活动“碰撞”在椭球体周围移动，与苍蝇方向的变化相对应。这个活跃的肿块就像一个指南针，其他大脑区域可以用它来完成它们的功能。
在一系列的实验中，Kim和他的团队把果蝇拴起来，让它们在一个圆形的虚拟现实舞台上飞行。果蝇可以通过改变左右翅膀的拍幅来改变虚拟场景的方向，就像在虚拟现实视频游戏中一样。在记录罗盘神经元的活动时，Kim和他的团队发现，在同一虚拟场景的同一方向的果蝇上，活动凸点——指南针的位置是不一样的。随着虚拟场景的旋转方向，每只苍蝇的活动撞击点也随之移动。也就是说，指南针在每只苍蝇中都能正常工作。然而，撞击点相对于现场的位置在果蝇中几乎是随机的。研究人员推断，这是突触“可塑性的自然结果”，使得罗盘系统可以在不同的场景中灵活地映射。
拴在飞
利用光遗传学——一种利用光激活转基因细胞(通常是神经元)的技术——Kim和他的团队在果蝇的椭球体上制造了人造的凸起。将它们与虚拟场景的方向配对，“放置在相对于碰撞的预定角度位置”，本质上就像研究人员希望的那样重置了苍蝇的方向感。在场景的各个方向重复这个实验大约五分钟，强迫罗盘系统“学习”凹凸位置和场景方向之间的新关系。Kim说，实验结果证明了罗盘神经元和场景之间的关系是经验依赖性的。
重新计算…
的翻译?“每当你进入一个新的环境，当你环顾四周，负责每个方向的每个神经元都会建立一个新的连接或更新旧的连接，”Kim说。然后，罗盘神经元“记录”场景的时间越长，方向感就越稳定。
哺乳动物可能确实具有相同类型的网络结构和连通性，Kim补充说，寻找方法在哺乳动物身上证明这一点是一个非常活跃的研究领域。此外，“罗盘系统的网络结构和基于经验的灵活性已经在哺乳动物文献中被多次提出。事实上，在单细胞水平上，同样的现象在哺乳动物中也有报道。
金说:“这是首次在人群层面上研究这种灵活的过程是如何在大脑中运作的。”
这项研究也由霍华德休斯医学研究所的Ann M. Hermundstad、Sandro Romani、L. F. Abbott和Vivek Jayaraman进行。
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