我对于将一个微小的水果飞的大脑比较雄伟的大象来说，这似乎荒谬。然而，许多神经科学家的梦想是找到非常不同的大脑份额的深刻规则。作为Gilles Laurent，Max Planck大脑研究所的德国Max Planck大脑研究所的神经科学家，德国研究了各种动物，从蝗虫到海龟，有说过，“神经响应可以通过相同的数学操作来描述......在完全不同的系统中。”Vivek Jayaraman，霍华德休斯医学院的Janelia Research Campus的研究员以及Laurent的前学生认为，神经科学家们正在秉承识别这些深度神经规则的一些。抓住他们会推进另一个神经科学的梦想：能够以牛顿预测移动物体的行为来预测动物行为。
贾亚拉曼和少数研究人员共同研究大脑的全球定位系统事实上，他们已经经历了发现这样一条规则的激动。它控制着一些重要的东西，即动物跟踪自己前进方向的能力。更重要的是，最近对连接到虚拟现实环境的苍蝇进行的实验-一个来自杰拉曼的小组和另一个Rachel Wilson（Laurent的前博士后）和哈佛大学的同事展示了果蝇的视觉线索如何确保其头部的稳定性。这些发现为我们提供了关于哺乳动物如何绘制世界地图的见解。
当您自由移动时，某些神经元仅在您面临特定方式时才能活跃。只要你在那个方向上展望未来，就没有重要的是，在那个方向上，细胞火灾。首先在大脑大脑的区域中首先鉴定出这些所谓的头部方向细胞非常接近，并且与海马，地区的家庭密切相关，以及适合您的世界地图.有大量这些细胞，但任何一个细胞都仅在环境的某个小区域中活跃。他们就像地图一样，告诉你你在哪里。这样的地图并不是很有用，而不知道你在哪里。这就是为什么大脑也会使用头部方向或指南针，细胞创造精神指南针。
它令人醒目的是这两个系统在一起的努力。如果您要旋转Visual提示，大鼠用来定义其标题，那么头向电池将重新移至这种移位的世界。与此同时，海马的置地电池也将旋转心理图。这两组细胞提供了互补的信息，如果正确放在一起，足以帮助大鼠在环境中的任何地方导航 - 即使在黑暗中。换句话说，头向电池不仅仅是响应视觉线索。即使老鼠看不到周围环境（或遮住眼睛），它们也能保持活动。大脑如何设置这种稳定的指南针样式？更令人困惑，它如何在没有视觉线索的情况下保持这种稳定的标题？
科学家可以预测果蝇是否认为它是右或左转的。
在大鼠和小鼠身上的实验证据表明，头部方向细胞的甜甜圈状结构使大脑的指南针保持可靠。一个1995纸“大鼠方向感神经基础模型”首次提出了这种甜甜圈或“环形吸引子”图片。在这项研究中，来自亚利桑那大学的William Skaggs和他的同事推测，头部方向的细胞似乎没有任何可见的特征性的群结构连接在一起，形成一个假想的环，从而产生360度的二维空间图。研究人员写道：“这项工作的目的是开发与可用数据一致的最简单的架构。”。“现实肯定比这种模式更复杂。”
每个单元格，即环上的一个点，表示一个特定的标题。该环上的相邻单元格指相邻和相似的标题，并相互激活，而相距较远的单元格指相反或接近相反的标题，则相互禁用。研究人员提出了一条规则，说明大脑视觉区域的信息如何进入头部方向细胞环，从而形成其特有的活动模式。他们还整合了大脑的前庭系统，该系统可以检测头部转向，从而使环在黑暗中保持活动。这种输入模型只允许在任何给定时间激活一小群附近的头部方向细胞。这一“撞击”的活动与老鼠的头部相对应。如果老鼠或它的世界被翻转（比如说，老鼠被翻转），那么细胞环内的连接和不断变化的视觉输入信息将导致凹凸也相应地翻转。
在斯卡格斯和他的同事们的胜利中，研究人员发现了一些似乎按照他们的数学模型运行的细胞。不过，它还有一个主要的漏洞：人们对大脑如何将视觉信息转化为稳定的方向感知之甚少。至少就目前而言，很难描绘出数百万个细胞和复杂的连接是如何让老鼠和老鼠看到这些细胞与这个环相连的。
T这就是贾亚拉曼的切入点。事实证明，果蝇的大脑中也有一个区域专门负责保持方向感。不到十年前，贾亚拉曼和他的同事们描述了这种现象。令人难以置信的是，它是一个甜甜圈形状的环，与理论环吸引子网络的结构一模一样。这一细胞环中的任何特定细胞只有在苍蝇面对特定方向时才会活跃——就像啮齿类动物(可能也包括我们)的头向细胞一样。这一发现提供了一个极好的机会，不仅可以测试科学家为一种动物开发的模型，使用完全不同的动物，而且还可以确定一个共同的规则，各种惊人的大脑使用。
“我们的论文提供了支持Skaggs提出的模型的证据et al。”主要作者Yvette Fisher告诉我。“特别是模型要求罗盘神经元的视觉输入是可修改的。”换言之，这两项研究确定了一个规则或机制，决定了环中神经元与视觉输入之间的连接强度如何变化。环的视觉输入抑制头部方向细胞的活动。与视觉输入神经元连接最弱的头部方向细胞将被激活。
世界上最伟大的独攀者的奇异大脑
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对于渔民而言，谁是神经生物学家，沉浸在进化的心态中可能会塑造她的期望。“如果所需的神经电路处于类似的限制，则普通原则并不令人惊讶，”Fisher说。“导航对所有动物有许多广泛类似的要求。”鉴于这些相似之处，研究人员所确定的规则可以激发他人在哺乳动物中有意识。一般原则，如环形吸引力模型，用于计算标题，了解所有动物的行为方式。科学家可以用它们来预测一些动物行为，就像水果蝇是否认为它是右或左转。
更重要的是，科学家现在拥有一个基线模型，他们可以看到具体的动物如何彼此偏离。例如，虽然大鼠，一个陆地动物可能会做出与标题，鸟类和蝙蝠的二维模型以及一些昆虫飞行。虽然苍蝇的大部分工作都集中在步行苍蝇上，但最近关于蝙蝠的研究发现了一个三维地图。
同样的神经算法是否能在这些动物身上从二维扩展到三维仍然是一个悬而未决的问题。可能更有趣的是一些动物是如何长距离导航的:众所周知，沙漠蚂蚁能够从几英里外找到他们的巢穴，一个三维隧道结构，许多候鸟可以年复一年地返回同一个地点。Fisher相信答案将来自于对大脑多样性的描述，并比较每种生物进化的算法。
Adithya Rajagopalan是约翰霍普金斯大学和Janelia研究校区神经科学系的一名三年级研究生。在推特上关注他@adi_e_r..
铅图像：赫伯特克拉特基/羽毛房
