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並非每個人都擁有完美的方向感，無論他們是否願意承認。但兩項新的研究發現，即使是幼鼠的大腦中也已經具備了基本的空間框架，隨時可以供它們第一次離開巢穴時使用——這比之前記錄的時間要早得多。
這些發現揭示了並非所有的空間感都是後天習得的。它們表明，至少部分空間感是天生的，“認知地圖的基本組成部分獨立於空間經驗發展，甚至可能先於空間經驗而發展，”其中一項新研究的作者指出，這兩項研究均於6月17日在科學雜誌線上發表。
在這兩項獨立的研究中，研究人員記錄了新生幼鼠睜開眼睛並開始探索周圍環境後神經元的放電情況。兩個研究團隊都驚訝地發現，在一些定向區域中存在成體水平的細胞功能。
倫敦大學學院行為神經科學研究所的研究員，其中一篇論文的共同作者弗朗西斯卡·卡庫奇在一封電子郵件中寫道：“在這個年齡，這些動物還沒有機會探索巢穴以外的環境。”“這有力地表明，方向感是獨立於空間經驗的。”
而且由於哺乳動物海馬體在其構成上相對一致，因此這些基於實驗鼠的發現可能反映了人類相似的發育軌跡。
其他能力，例如面部感知或語言使用，被認為是天生的。但加州大學歐文分校解剖學和神經生物學系的專案科學家琳達·帕爾默說：“空間是如此基本的認知功能，並且部分是天生的，這真的是非常有趣和具有突破性的工作。”她是科學雜誌上兩項研究的配套評論文章的共同作者。
三細胞繪圖
為了在空間中導航，哺乳動物似乎只需要三種基本型別的細胞，而新的發現表明，這些細胞很早就準備好在大腦中啟動。
這些細胞位於海馬體中，記錄方向（頭部指向的方向）、位置（環境中的位置）和網格（移動時覆蓋的距離）。
在這兩項研究中，研究人員在幼鼠出生後約14天將電極植入其大腦中。在此年齡之前，幼鼠仍然眼睛緊閉地待在巢穴中。然而，一旦它們的眼睛睜開，幼鼠就開始探索它們的環境。
蘇格蘭寧ewell醫院和醫學院的行為神經科學講師，第二項研究的主要作者羅莎蒙德·朗斯頓在一封電子郵件中指出：“一旦幼鼠能夠離開巢穴，它就擁有了環境神經地圖的基本基礎，隨時可以使用。”
帕爾默說，最發達的細胞是頭部方向細胞，一旦小鼠睜開眼睛並開始探索，這些細胞就“完全成熟地存在”。
儘管這些方向細胞在早期就以接近成體水平的功能運作，但在接下來的兩週內，位置細胞和網格細胞會更充分地發育，這表明可能涉及一些空間經驗和學習。在兩項實驗中，位置細胞首次記錄於出生後16天，但對於網格細胞的出現存在一些差異：朗斯頓及其在挪威科技大學卡夫利系統神經科學研究所的同事在第16天記錄到早期網格細胞，而卡庫奇及其團隊記錄到更成熟的網格細胞在第20天。
卡庫奇指出，網格細胞——據推測記錄了動物行進的距離——在位置細胞之後發育是“出乎意料的”。她說，無論是在解剖學上還是計算上，相反的順序似乎更有可能，因為距離將有助於告知位置細胞。
全域性定位
這項新研究解釋了幼鼠在探索基本環境時的神經元發育過程，但這個過程可能與鳥類跨越大陸導航或人類在不熟悉的城市中駕駛大相徑庭。
帕爾默解釋說，我們更大的位置和方向感（房間如何融入建築物，建築物如何融入街區，街區如何融入城市等等）可能只是我們對周圍環境的基本的、基於海馬體細胞的理解的延伸。她推測，隨著我們已知的環境變得更加廣闊，我們將其組裝成更大的表徵。
那麼，為什麼有些人總是不得不問路（或者即使迷路了也拒絕問路）呢？這種可變性尚未在神經元水平上被確定。在老鼠身上，細胞放電的速度或發生似乎沒有明顯的差異。朗斯頓指出：“它們有不同的性格或‘個性’，但都具有相同的神經元訊號，”但她補充說，為了實驗的可重複性，實驗鼠被培育得儘可能相似。
此外，研究人員只觀察了老鼠探索中性圍欄，並沒有透過推動它們各自的導航能力來測試老鼠，從而在神經元功能和發育之間進行比較。朗斯頓解釋說：“我們不知道擁有空間的神經元相關性是否反映了你實際找到路的能力。”
儘管兩個研究小組都沒有專門測試空間表徵中的性別差異，但朗斯頓指出，他們發現所有老鼠都是一致的。朗斯頓指出，就其本身而言，考慮到關於男性與女性導航技能的爭論，這是一個“有趣的發現，來自我們的結果！”
這兩項研究也沒有揭示老鼠如何利用它們的認知地圖。朗斯頓正在開始研究早期生活經驗如何塑造地圖發展，以及它們未來如何使用這些表徵。
表徵世界
空間表徵的部分先天模型和完全後天模型之間的區別可能看起來很小或微不足道——尤其是在我們指尖湧現出大量導航裝置的情況下，這些裝置不僅可以精確定位我們在城市地圖上的家，還可以指引我們找到停車場中的汽車。但是，擁有康德哲學背景的帕爾默發現這些結果非常相關且“非常令人鼓舞”。
她說：“從哲學角度來看，思考我們如何表徵世界這個問題真的很有趣。”經驗發展和（至少部分）生物學上的先天性之間的區別意味著，從哲學的角度來看，我們對世界的某些理解是絕對的，而不是相對的，例如左右、遠近的概念。“關於空間，它是認知的——它是對世界的表徵，而擁有一些天生的東西真的很有趣，”她指出。
除非人類正在接受罕見的大腦疾病治療，否則由於該手術的侵入性，在人類身上不可能進行類似的研究。然而，研究人員可以使用fMRI（功能性磁共振成像）來尋找大腦中更普遍的神經元活動，因為空間被表徵，並將該活動與齧齒動物中單獨記錄的細胞的讀數相關聯。
卡庫奇指出，老鼠的神經元發育模式可能與人類相似——儘管時間尺度不同。在老鼠出生後約15天，人類大約6個月時，能夠使用單個視覺地標進行空間定位。然而，能夠構建空間的地圖式概念，在老鼠中直到出生後約21天，在嬰兒中直到九個月才發生——這兩個年齡都在斷奶期左右，她指出。
如果這些空間感和方向感比之前認為的更根深蒂固，那麼就引出了一個問題：“它從何而來？”帕爾默指出。“我們假設大腦是由進化塑造的，所以這意味著它必須足夠好才能實現生殖成功……但這是否意味著它是準確的？”