大脑包含一个内置的 GPS，它依赖于过去导航经验的记忆来模拟未来的导航。但是，它是如何表示新环境以便确定如何成功地导航它们的？当我们进入一个新空间，或者使用卫星导航（SatNav）技术来帮助我们找到方向时，大脑中会发生什么？
周二发表在《自然通讯》上的研究揭示了两个不同的脑区，当一个人积极导航时，它们会合作模拟环境的拓扑结构并规划未来的路径。此外，研究表明，当人们遵循卫星导航指令而不是使用他们的空间记忆时，这两个区域都会变得不活跃。
在之前的一项研究中，伦敦大学学院的研究人员带领参与者参观了伦敦苏荷区的街道，然后使用功能性磁共振成像（fMRI）扫描他们的大脑，同时他们观看了 10 个不同的街道导航模拟。其中一些影片要求他们在十字路口决定哪条路是到达预定目的地最短的路径；另一些则带有关于每个路口该往哪个方向的指示。
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研究人员发现，一个名为海马体的脑结构（参与记忆和空间导航）似乎编码了环境的两个不同地图：一个以直线距离追踪到最终目的地的距离，并由海马体的前额区域编码；另一个追踪到达目标的“真实路径”，并由海马体的后部区域编码。
在导航任务中，海马体的作用就像一个灵活的引导系统，根据不断变化的需求在这两个地图之间切换。海马体后部区域的活动就像一个归巢信号，随着目标越来越近而增加。
在这项新研究中，研究人员分析了电影模拟中街道的布局，并计算了每个街道的各种指标，例如它与其他街道的连接数量以及它与街道网络中心的距离。他们还重新检查了他们早期研究的 fMRI 数据，以查看参与者转到新街道时发生的脑活动。
对大脑扫描数据的分析显示，参与者在导航时进入新街道时，海马体后部的活动增加。它还会随着新的路径选项数量而变化。可选择的路径越多，大脑活动就越大。
研究人员还发现，海马体前部的活动与一个称为中心性的特性相关，该特性由每条新街道与网络中心的接近程度定义。此外，他们观察到参与者在被迫绕道并不得不重新规划路线时，其前额叶皮层的活动增加——而且，这也与可用的选项数量有关。有趣的是，当参与者遵循卫星导航指令时，这些区域的大脑活动“关闭了”。
总之，新的发现表明，海马体的后部重新激活了可能导航路径的空间记忆，更多的可用路径会引起更多的活动，并且前额叶皮层可以通过搜索不同的路线选项并选择最佳路线来促进路径规划。
在英国约克大学研究记忆和导航的认知神经科学家艾丹·霍纳赞扬了这项研究，但他没有参与这项工作。“这是一种非常有趣的新方法，可以了解海马体和前额叶皮层如何促进空间导航和规划，”他在一封电子邮件中写道。这一发现“与海马体不仅代表我们的空间环境，而且还积极参与模拟可能的未来路径的想法相一致。”他指出，这项研究没有显示的是海马体如何执行这种模拟。
“已经有数百篇关于模拟未来的论文，但没有人从空间导航的角度来看待它，”该研究的资深作者雨果·斯皮尔斯说。这位神经科学家参与了一系列著名的研究，这些研究表明海马体的后部区域在伦敦出租车司机中增大，而且增大的程度与司机的经验直接相关。“这项 [新] 研究的结果是，我们在右海马体后部看到的活动符合这样的理论，即它正在模拟可能的行进路径，”他说。这些发现可能有助于设计“更容易导航并提高幸福感的空间”，并且由于空间导航能力下降是阿尔茨海默病的最早症状之一，因此可能有助于设计“对痴呆症患者友好的新建筑”，他补充道。
然而，斯皮尔斯对参与者使用卫星导航指令时这些脑区处于非活动状态的观察结果持谨慎态度。“我们发现，只有当您使用对环境的记忆进行导航时，您才会激活海马体和额叶区域，但这只是一项一次性研究，因此我们不知道使用卫星导航的长期后果。”
“如果您将大脑视为肌肉，那么某些活动，例如学习伦敦街道地图，就像健美运动一样，”他说，“而我们从新发现中真正可以说的是，当您依赖卫星导航时，您没有锻炼大脑的这些特定部分。”