人腦對道路的識記和什麼有關？

01-12

誒，其實有時候覺得辨別東南西北並不是一件非常困難的事情，走過一遍的路基本就不會再走錯了，但是在和一個路痴朋友接觸過以後發現，她是真的記不得路啊。
可能以前會覺得這個就是「懶得記」，但現在想，關於地理位置，人腦是否有專門的識記區域？人們對道路、方向的判斷，是否與遺傳等因素有關？

哈，不知道題主是否關心過諾貝爾科學獎，最近的一次諾貝爾生理學或醫學獎被授予了John O"Keefe以及May-Britt Moser和Edvard I. Moser夫婦，為了表彰他們對大腦中構成定位系統的細胞的發現。

方位感以及如何進行導航是大腦最基本的一些能力。我們如何知道自己在哪裡，以及如何從一個地方到另一個地方，這些信息如何保存以至於下一次能立刻認出同樣的路徑，14年的諾貝爾生理學或醫學獎獲得者們發現了大腦內部的GPS定位系統，使我們可以在空間辨認不同的方向，從細胞層面解釋認知功能。

哲學家和科學家們很早就開始提出這個問題，18世紀德國哲學家康德提出大腦存在一些和經驗無關的能力，他認為方位感是人類固有的一種組織外部世界的能力。

美國實驗心理學家Edward Tolman在1948年提出了大腦中存在一個代表地點的」地圖「概念，他提出動物可以感受到不同地點和事件的關係，對周圍環境的探索逐漸會形成一個可以用於導航和尋找最優路徑的認知地圖。但是他沒有強調這些功能在大腦哪個區域實現以及大腦是如何計算這種複雜行為。

如下圖，大鼠在一個有邊界的區域內自由運動。1971年，John O"Keefe通過記錄大鼠大腦內一塊叫海馬的CA1區神經元發現了定位系統中的第一個組成部分。這些細胞的放電模式出人意料，他發現每當經過房間里的同一個地方時，海馬內部的一種神經細胞都會被激活，其他的神經細胞在其他地方時也會被激活。也就是說這些「位置細胞」構成了這個房間的地圖。他通過實驗發現不同位置細胞通過在不同時間不同環境進行組合激活，海馬可以同時記住多個地圖。而一個特定組合的位置細胞激活代表了一個特定的環境。

2005年，Moser夫婦發現了大腦定位系統的另一個關鍵部分，他們發現了被稱為「網格細胞」的神經細胞，它們在多個地點放電，多個節點可以產生一個坐標系，進行精確的定位以及路徑尋找，接下來他們又發現網格細胞一起的還有」指向細胞「 (head direction cells) 和」邊界細胞「 (border cells)，指向細胞有點類似於指南針，只有在動物的頭朝特定方向才被激活（方向感差的可能這個細胞不太靈啊哈），而當動物在封閉環境中遇到牆壁時邊界細胞會被激活。

網格細胞和位置細胞以及其他空間相關細胞是互相影響的。這個大腦內的GPS系統存在於很多哺乳動物，包括人類。O"Keefe以及Moser夫婦的發現解決了幾個世紀以來哲學家和科學家們困惑的難題：大腦是如何對我們周圍的空間產生一個地圖以及在複雜環境中進行導航的。

以上@劉柯

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經評論提醒，這裡有一篇專欄詳細介紹了14年諾貝爾生理學獎或醫學獎的工作：2014年諾貝爾醫學獎：大腦的GPS系統 - 神經科學 - 知乎專欄，enjoy

Related publications:

[1] O"Keefe, J., Dostrovsky, J. (1971). The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain research, 34(1), 171-175.

[2] O"Keefe, J. (1976). Place units in the hippocampus of the freely moving rat. Experimental neurology, 51(1), 78-109.

[3] Fyhn, M., Molden, S., Witter, M. P., Moser, E. I., Moser, M. B. (2004). Spatial representation in the entorhinal cortex. Science, 305(5688), 1258-1264.

[4] Hafting, T., Fyhn, M., Molden, S., Moser, M. B., Moser, E. I. (2005). Microstructure of a spatial map in the entorhinal cortex. Nature, 436(7052), 801-806.

[5] Sargolini, F., Fyhn, M., Hafting, T., McNaughton, B. L., Witter, M. P., Moser, M. B., Moser, E. I. (2006). Conjunctive representation of position, direction, and velocity in entorhinal cortex. Science, 312(5774), 758-762.

我整理一下學到的思路，負責認路的細胞有以下5種分類，有簡單理解和疑問：

位置細胞 Place Cell
網路細胞Grid cell
方向細胞Head Direction Cell
邊界細胞Boundary Cell
速度細胞Speed Cell

然後解釋如何找到記憶中的路。

最後試分析你是哪種「路痴」。

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1. 位置細胞 Place Cell

負責判斷自己是否到過此地。每經過一個地點時，一個顏色的位置細胞被激活，如下圖。

2. 網路細胞Grid cell

負責在平面區域建立網點，細胞在網點處激活。位置細胞根據行走的時間和速度來在大腦地圖裡打點激活。最基本的網狀結構是等邊三角型，當然還有其他機制可以解釋，比如六邊形、比如蜂巢和菱形：

疑問：在我們判斷大致距離時，是否通過估算經過的網格來判斷的？

3. 方向細胞Head Direction Cell

負責辨認方向，細胞在0°方向時最活躍，轉頭向別的方向後則細胞活躍度下降。類似自定義北的指北針。

疑問：在何時激活方向細胞？以何方向為準？

4. 邊界細胞Boundary Cell

負責判斷活動範圍的邊界，在邊界處激活。

疑問：這個邊界細胞對於人類認路有哪些幫助？

5. 速度細胞Speed Cell

在內嗅皮質層(entorhinal cortex)中的神經元會根據不同的行進速度進行不同頻率的放電，這個研究較新，是2015年7月的文章，前幾樓包括趙思家的專欄都沒提到。有了速度細胞和時間流逝的感知，才可能較準確地形成網路格子，所以速度的感知也是很重要的一環。從下圖可以看出，老鼠的行進速度是和內嗅皮層神經元放電的頻率成正相關的。

如何找到記憶中的路？第一次走路徑時位置細胞激活的順序是如下圖紅黃粉藍綠，記憶中就會記錄激活順序，站在紅點處張望，往右看，沒反應；往前看，看到了黃色區域，這時大腦相對應的位置神經元激活，告訴我們往前走就對了，就這樣指導我們再一次走對了路徑。在外界看來，就是「會認路」了。

試分類「路痴」人群，請自行對號入座(有例外的請評論)：

沒方向感，出門轉向找不到北：方向細胞不發達。
不認識重複到達的地點：位置細胞不發達。
忘記回去的路：位置細胞和網路細胞不發達。
包括以上的全能路痴：至少有兩種細胞不發達+視覺記憶能力差。

例外的非路痴：

同樣找不到北，但是走一次就會走回頭路：方向細胞可能以「家」或行程出發點為基準，不與實體的東南西北象鏈接。

思考：

看過貝爺最新一季的The Island with Bear Grylls Season 2 女人島的人會有印象，6/7個女人在一起從營地探路到沙灘，再從沙灘穿過森林回營地時，由一個較識路的領隊，結果是進行了不下8次的嘗試，總是走到原點或另一個海灘，最後也沒成功回營地。可見人類的這些定位細胞的功能比老鼠還是差遠了，沒了建築物和太陽，位置細胞的敏感度令人質疑。

擴展閱讀：

Pastalkova Lab

Frontiers | Models of Grid Cell Spatial Firing Published 2005

http://www.nature.com/nature/journal/v523/n7561/full/nature14622.html

http://www.hindawi.com/journals/np/2011/960389/

http://zhuanlan.zhihu.com/neuroscience/19862962

Geometric determinants of the place fields of hippocampal neurons

http://www.nature.com/nrn/journal/v5/n1/full/nrn1299.html

作為一個被身邊人稱為人肉GPS的人，個人的感受是對熟悉的地方認路是一種習慣，記的是建築和商鋪的特徵；在陌生的地方認路像是對理論(地圖)的實踐，認的是主幹道和方向。感覺認不得路是習慣坐車不喜歡走路或者懶得掌握看地圖的能力造成的。

我在家鄉的城市(一個道路規劃比較亂的三線城市)是完全辨別不了方向的，因為從小就熟悉家鄉的大街小巷，不需要用方向來認路。

到廣州讀書後我才開始掌握這個辨別方向的技能，因為自己隨便走會迷路，而我自己是喜歡到處逛，能走路盡量不坐車的人，所以要在陌生的大城市生活就必須掌握看地圖這個技能。大城市的路規劃比較好，幾乎都是南北走向、東西走向的，不像我家鄉同一條路能拐兩個彎，能把你走得暈頭轉向的。

我想說的是我的方向感真的是刻意記下來的，記得東西走向、南北走向的路分別有哪些，在小巷裡轉幾個彎可能就不認得方向了。

我也想知道這個答案。我絕對是人肉GPS, 去過一次就記得路，腦子裡會自動呈現附近地圖，我每次都會覺得因該去駕計程車，肯定不會迷路。我老公就是路痴，每次要問題怎麼走，怎麼去一個地方。不像是裝出來的。

作為一個職業路痴與半吊子步行者，我鄭重的告訴你，每一個路痴身邊都有一個值得信賴的引路人，如果沒有引路人，他就可以瞬間開啟人腦dps功能，搜索記憶中的所有線索，觀察周圍環境然後拼出一張地圖，找到目的地。所以還是那句話，被偏愛的都有恃無恐。

我們哪裡是懶得記！我們是根本記不住好不啦

在我沒學會開車之前我也以為我是路痴。

但是自從我開始開車之後明顯感到我的方向感和識別能力都強了不少。

啊我也一直覺得不可思議為什麼有的人到了一個地方馬上就能知道東南西北而我卻是怎樣都不行的難道他們自帶GPS定位系統嗎

人的深感覺也叫做本體感覺包括位置覺，運動覺和震動覺辨別東西南北就是這個範疇傳導通路為骨骼肌肌腱關節經脊神經節到達脊髓的薄束楔束上行至腦幹的薄束核與楔束核經內側丘系交叉至丘腦的腹後外側核最後經內囊後肢到達大腦皮層中央後回的中上部和中央旁小葉的後部

損傷該通路會發生相應本體感覺障礙

記住路標

路痴要怒答！！！！！我是真的記不得啊。地圖壓根看不懂啊。走過就記不得了啊。。走很多次，就是記不得啊。。。。關於知識方面。好像記得大腦有一些特殊的細胞可以控制空間感什麼的…上課偶然聽老師講的

反正它告訴過你他是你身體最重要的部分，而且身體的其它部分並不會記憶，到底誰老大！甄嬛臉

人腦對東西的認知就是符號化，並不清楚一樣東西的細節，只是在大腦之中存在一個輪廓。當輪廓符合，認知上便一樣。

這裡面有生理基礎，那個輪廓肯定有一樣生理存在，差不多相當於記憶迴路。建立一種迴路，或者大腦任何神經元產生聯繫就可以代表一種符號。這種符號的內容只有自己知道。

人腦自帶A*尋路~經過驗證的最短路線會被記錄

海馬區，一些計程車司機的這個區域比常人要大不少~

真心想知道是什麼因素在影響，不記得路是很痛苦滴滴～～

腦部定位細胞

海馬

和次數有關

和智商有關