大腦包含一個內建的 GPS，它依賴於過去導航經驗的記憶來模擬未來的導航。但是，它是如何表示新環境以便確定如何成功地導航它們的？當我們進入一個新空間，或者使用衛星導航（SatNav）技術來幫助我們找到方向時，大腦中會發生什麼？
週二發表在《自然通訊》上的研究揭示了兩個不同的腦區，當一個人積極導航時，它們會合作模擬環境的拓撲結構並規劃未來的路徑。此外，研究表明，當人們遵循衛星導航指令而不是使用他們的空間記憶時，這兩個區域都會變得不活躍。
在之前的一項研究中，倫敦大學學院的研究人員帶領參與者參觀了倫敦蘇荷區的街道，然後使用功能性磁共振成像（fMRI）掃描他們的大腦，同時他們觀看了 10 個不同的街道導航模擬。其中一些影片要求他們在十字路口決定哪條路是到達預定目的地最短的路徑；另一些則帶有關於每個路口該往哪個方向的指示。
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研究人員發現，一個名為海馬體的腦結構（參與記憶和空間導航）似乎編碼了環境的兩個不同地圖：一個以直線距離追蹤到最終目的地的距離，並由海馬體的前額區域編碼；另一個追蹤到達目標的“真實路徑”，並由海馬體的後部區域編碼。
在導航任務中，海馬體的作用就像一個靈活的引導系統，根據不斷變化的需求在這兩個地圖之間切換。海馬體後部區域的活動就像一個歸巢訊號，隨著目標越來越近而增加。
在這項新研究中，研究人員分析了電影模擬中街道的佈局，並計算了每個街道的各種指標，例如它與其他街道的連線數量以及它與街道網路中心的距離。他們還重新檢查了他們早期研究的 fMRI 資料，以檢視參與者轉到新街道時發生的腦活動。
對大腦掃描資料的分析顯示，參與者在導航時進入新街道時，海馬體後部的活動增加。它還會隨著新的路徑選項數量而變化。可選擇的路徑越多，大腦活動就越大。
研究人員還發現，海馬體前部的活動與一個稱為中心性的特性相關，該特性由每條新街道與網路中心的接近程度定義。此外，他們觀察到參與者在被迫繞道並不得不重新規劃路線時，其前額葉皮層的活動增加——而且，這也與可用的選項數量有關。有趣的是，當參與者遵循衛星導航指令時，這些區域的大腦活動“關閉了”。
總之，新的發現表明，海馬體的後部重新激活了可能導航路徑的空間記憶，更多的可用路徑會引起更多的活動，並且前額葉皮層可以透過搜尋不同的路線選項並選擇最佳路線來促進路徑規劃。
在英國約克大學研究記憶和導航的認知神經科學家艾丹·霍納讚揚了這項研究，但他沒有參與這項工作。“這是一種非常有趣的新方法，可以瞭解海馬體和前額葉皮層如何促進空間導航和規劃，”他在一封電子郵件中寫道。這一發現“與海馬體不僅代表我們的空間環境，而且還積極參與模擬可能的未來路徑的想法相一致。”他指出，這項研究沒有顯示的是海馬體如何執行這種模擬。
“已經有數百篇關於模擬未來的論文，但沒有人從空間導航的角度來看待它，”該研究的資深作者雨果·斯皮爾斯說。這位神經科學家參與了一系列著名的研究，這些研究表明海馬體的後部區域在倫敦計程車司機中增大，而且增大的程度與司機的經驗直接相關。“這項 [新] 研究的結果是，我們在右海馬體後部看到的活動符合這樣的理論，即它正在模擬可能的行進路徑，”他說。這些發現可能有助於設計“更容易導航並提高幸福感的空間”，並且由於空間導航能力下降是阿爾茨海默病的最早症狀之一，因此可能有助於設計“對痴呆症患者友好的新建築”，他補充道。
然而，斯皮爾斯對參與者使用衛星導航指令時這些腦區處於非活動狀態的觀察結果持謹慎態度。“我們發現，只有當您使用對環境的記憶進行導航時，您才會啟用海馬體和額葉區域，但這只是一項一次性研究，因此我們不知道使用衛星導航的長期後果。”
“如果您將大腦視為肌肉，那麼某些活動，例如學習倫敦街道地圖，就像健美運動一樣，”他說，“而我們從新發現中真正可以說的是，當您依賴衛星導航時，您沒有鍛鍊大腦的這些特定部分。”