科学探索|科学家弄清了苍蝇大脑是如何计算它在空间的位置( 二 ) 科学家弄清了苍蝇大脑是如何

一位物理学学生在绘制一个物体的轨迹时会把轨迹分成运动的组成部分，它们沿着X轴和Y轴绘制。同样，在苍蝇的大脑中，四类对视觉运动敏感的神经元将苍蝇的行进方向表示为沿四条轴的组成部分。每个神经元类别可以被认为是代表一个数学矢量。矢量的角度指向其相关轴的方向，矢量的长度表示苍蝇沿该方向移动的速度。“令人惊讶的是，苍蝇大脑中的一个神经回路旋转这四个矢量，使它们跟太阳的角度正确对齐，然后将它们相加，得到的结果是一个输出矢量，参考太阳，它指向苍蝇行进的方向， ”Maimon说道。
矢量数学不仅仅是对正在发生的计算的一种比喻。相反，苍蝇的大脑似乎真的在进行矢量运算。在这个电路中，神经元群明确地将矢量表示为活动的波，波的位置代表矢量的角度，波的高度代表其长度。研究人员甚至通过精确操纵四个输入矢量的长度来测试这个想法并显示输出矢量的变化就像苍蝇在字面上加起来的矢量那样。
Maimon表示：“我们提出了一个强有力的论点，即这里发生的是大脑中矢量数学的明确实现。这项研究的独特之处在于，我们用广泛的证据表明，神经元电路是如何实现相对复杂的数学运算的。”
了解空间认知
目前的研究弄清了苍蝇如何在当下弄清它们要去的方向。未来的研究将考察这些昆虫如何随着时间的推移跟踪它们的行进方向以了解它们最终的目的地。“一个核心问题是大脑如何整合跟动物的行进方向和速度有关的信号以形成记忆。研究人员可以把我们的发现作为一个平台以研究工作记忆在大脑中是什么样子， ”Lyu说道。
【科学探索|科学家弄清了苍蝇大脑是如何计算它在空间的位置】这些发现可能对人类疾病也有影响。因为空间混乱往往是阿尔茨海默病的早期迹象，许多神经科学家对了解大脑如何构建内部空间感感兴趣。Maimon表示：“拥有微小大脑的昆虫对其行进方向有明确的认识，这一事实应迫使研究人员在哺乳动物的大脑中寻找类似的信号和类似的定量操作。这样的发现可能为阿尔茨海默病及其他困扰空间认知的神经系统疾病的功能障碍提供信息。"”