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并非每个人都拥有完美的方向感，无论他们是否愿意承认。但两项新的研究发现，即使是幼鼠的大脑中也已经具备了基本的空间框架，随时可以供它们第一次离开巢穴时使用——这比之前记录的时间要早得多。
这些发现揭示了并非所有的空间感都是后天习得的。它们表明，至少部分空间感是天生的，“认知地图的基本组成部分独立于空间经验发展，甚至可能先于空间经验而发展，”其中一项新研究的作者指出，这两项研究均于6月17日在科学杂志在线发表。
在这两项独立的研究中，研究人员记录了新生幼鼠睁开眼睛并开始探索周围环境后神经元的放电情况。两个研究团队都惊讶地发现，在一些定向区域中存在成体水平的细胞功能。
伦敦大学学院行为神经科学研究所的研究员，其中一篇论文的共同作者弗朗西斯卡·卡库奇在一封电子邮件中写道：“在这个年龄，这些动物还没有机会探索巢穴以外的环境。”“这有力地表明，方向感是独立于空间经验的。”
而且由于哺乳动物海马体在其构成上相对一致，因此这些基于实验鼠的发现可能反映了人类相似的发育轨迹。
其他能力，例如面部感知或语言使用，被认为是天生的。但加州大学欧文分校解剖学和神经生物学系的项目科学家琳达·帕尔默说：“空间是如此基本的认知功能，并且部分是天生的，这真的是非常有趣和具有突破性的工作。”她是科学杂志上两项研究的配套评论文章的共同作者。
三细胞绘图
为了在空间中导航，哺乳动物似乎只需要三种基本类型的细胞，而新的发现表明，这些细胞很早就准备好在大脑中启动。
这些细胞位于海马体中，记录方向（头部指向的方向）、位置（环境中的位置）和网格（移动时覆盖的距离）。
在这两项研究中，研究人员在幼鼠出生后约14天将电极植入其大脑中。在此年龄之前，幼鼠仍然眼睛紧闭地待在巢穴中。然而，一旦它们的眼睛睁开，幼鼠就开始探索它们的环境。
苏格兰宁ewell医院和医学院的行为神经科学讲师，第二项研究的主要作者罗莎蒙德·朗斯顿在一封电子邮件中指出：“一旦幼鼠能够离开巢穴，它就拥有了环境神经地图的基本基础，随时可以使用。”
帕尔默说，最发达的细胞是头部方向细胞，一旦小鼠睁开眼睛并开始探索，这些细胞就“完全成熟地存在”。
尽管这些方向细胞在早期就以接近成体水平的功能运作，但在接下来的两周内，位置细胞和网格细胞会更充分地发育，这表明可能涉及一些空间经验和学习。在两项实验中，位置细胞首次记录于出生后16天，但对于网格细胞的出现存在一些差异：朗斯顿及其在挪威科技大学卡夫利系统神经科学研究所的同事在第16天记录到早期网格细胞，而卡库奇及其团队记录到更成熟的网格细胞在第20天。
卡库奇指出，网格细胞——据推测记录了动物行进的距离——在位置细胞之后发育是“出乎意料的”。她说，无论是在解剖学上还是计算上，相反的顺序似乎更有可能，因为距离将有助于告知位置细胞。
全局定位
这项新研究解释了幼鼠在探索基本环境时的神经元发育过程，但这个过程可能与鸟类跨越大陆导航或人类在不熟悉的城市中驾驶大相径庭。
帕尔默解释说，我们更大的位置和方向感（房间如何融入建筑物，建筑物如何融入街区，街区如何融入城市等等）可能只是我们对周围环境的基本的、基于海马体细胞的理解的延伸。她推测，随着我们已知的环境变得更加广阔，我们将其组装成更大的表征。
那么，为什么有些人总是不得不问路（或者即使迷路了也拒绝问路）呢？这种可变性尚未在神经元水平上被确定。在老鼠身上，细胞放电的速度或发生似乎没有明显的差异。朗斯顿指出：“它们有不同的性格或‘个性’，但都具有相同的神经元信号，”但她补充说，为了实验的可重复性，实验鼠被培育得尽可能相似。
此外，研究人员只观察了老鼠探索中性围栏，并没有通过推动它们各自的导航能力来测试老鼠，从而在神经元功能和发育之间进行比较。朗斯顿解释说：“我们不知道拥有空间的神经元相关性是否反映了你实际找到路的能力。”
尽管两个研究小组都没有专门测试空间表征中的性别差异，但朗斯顿指出，他们发现所有老鼠都是一致的。朗斯顿指出，就其本身而言，考虑到关于男性与女性导航技能的争论，这是一个“有趣的发现，来自我们的结果！”
这两项研究也没有揭示老鼠如何利用它们的认知地图。朗斯顿正在开始研究早期生活经验如何塑造地图发展，以及它们未来如何使用这些表征。
表征世界
空间表征的部分先天模型和完全后天模型之间的区别可能看起来很小或微不足道——尤其是在我们指尖涌现出大量导航设备的情况下，这些设备不仅可以精确定位我们在城市地图上的家，还可以指引我们找到停车场中的汽车。但是，拥有康德哲学背景的帕尔默发现这些结果非常相关且“非常令人鼓舞”。
她说：“从哲学角度来看，思考我们如何表征世界这个问题真的很有趣。”经验发展和（至少部分）生物学上的先天性之间的区别意味着，从哲学的角度来看，我们对世界的某些理解是绝对的，而不是相对的，例如左右、远近的概念。“关于空间，它是认知的——它是对世界的表征，而拥有一些天生的东西真的很有趣，”她指出。
除非人类正在接受罕见的大脑疾病治疗，否则由于该手术的侵入性，在人类身上不可能进行类似的研究。然而，研究人员可以使用fMRI（功能性磁共振成像）来寻找大脑中更普遍的神经元活动，因为空间被表征，并将该活动与啮齿动物中单独记录的细胞的读数相关联。
卡库奇指出，老鼠的神经元发育模式可能与人类相似——尽管时间尺度不同。在老鼠出生后约15天，人类大约6个月时，能够使用单个视觉地标进行空间定位。然而，能够构建空间的地图式概念，在老鼠中直到出生后约21天，在婴儿中直到九个月才发生——这两个年龄都在断奶期左右，她指出。
如果这些空间感和方向感比之前认为的更根深蒂固，那么就引出了一个问题：“它从何而来？”帕尔默指出。“我们假设大脑是由进化塑造的，所以这意味着它必须足够好才能实现生殖成功……但这是否意味着它是准确的？”