不迷路的細胞｜3種腦細胞決定你的方向感 x 2014 諾貝爾生理醫學獎
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迷路的經驗大家都有，但為什麼有些人特別容易迷路呢？
容易迷路的人，是否腦內某些細胞的行為與其他人不同呢？更具體的說，所謂的方向感，在我們的大腦內是如何產生的呢？
想像一個場合，你跟你的朋友一起出國玩，你們來到了一個陌生的城市。下飛機來到飯店放好行李後，準備要探索這座城市，但才走到地鐵站，卻發現有人手機忘在飯店要回去拿。
這時候，似乎總有那種方向感特別好的人，走過的路、東南西北都記得一清二楚，可以立刻回到飯店；但似乎也常常有那種，方向感特別差的人，既使走過再多次的路，還是需要 Google map 的協助才不會迷路。
為什麼有些人方向感很好，而有些人方向感卻很差呢？
今天這篇文章要跟你分享我們大腦內三種特別的細胞，他們決定了我們的方向感，讓我們不容易迷路，讓我們可以每次出門後都能夠再一次地回到家（這聽起來再正常也不過的事情但仔細想想其實很不容易）
看完這篇文章以後你會知道，是哪三種腦細胞來形塑我們的方向感？
他們是誰？他們在哪裡？他們又分別擔任什麼工作呢？更重要的是，為什麼你該認識他們？他們重要在哪？為什麼重要到可以獲得 2014 年諾貝爾生物醫學獎呢？
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不迷路不可或缺的第一個道具是？
在介紹這三種細胞以前，我們可以先一起思考一下：
如果你跟你的朋友要從地鐵站出發走回飯店，你需要具備哪些能力／條件？才能夠在陌生的環境中，正確地回到飯店呢？
首先你應該要有一張地圖對吧？
在我們大腦內的海馬迴（hippocampus）當中，有一種腦細胞稱作位置細胞（Place cells），他們的作用就有點像是所謂的，地圖產生器的概念。
更精確地說，當我們移動至環境中的某一個點時，這些細胞便會發出訊號，幫助我們的腦，去形成一份屬於這個環境的地圖。
如以下這張圖所示，當老鼠抵達環境中某一特定地點時，位置細胞便會發出訊號，幫助大腦形成一份地圖（圖中黑色點是老鼠；如鉛筆般的線條是老鼠的移動路徑；黃色的點則是老鼠腦內的位置細胞發出訊號時，老鼠的所在位置）
Credit: Advanced information. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2014. NobelPrize.org.
現在有了地圖，然後呢？
就算我們有了環境的地圖（例如知道某一家便利商店是回飯店路上必經的），但如果我們不曉得我們現在在地圖上的哪裡，那就算有了地圖，也沒有辦法回到飯店對吧；因此這時候我們需要第二種細胞的協力合作。
大腦內的GPS 定位系統
第二種細胞稱作網格細胞（Grid cells）。他們位於大腦中的內嗅皮質（entorhinal cortex）當中，這個區域其實就在剛剛提到的海馬迴的附近。而網格細胞的功能與作用，就有點像是我們大腦內的 GPS 定位系統。
也就是說，這些細胞可以幫助我們的大腦，去形成一個網格定位系統，進而形塑我們自身與環境的相對位置關係。
如以下這張圖所示，當老鼠走到環境中的網格節點時，腦內的網格細胞便會發出訊號，幫助大腦形成一個定位系統（圖中黑色點是老鼠；如鉛筆般的線條是老鼠的移動路徑；藍色的點則是老鼠腦內的網格細胞發出訊號時，老鼠的所在位置）
Credit: Advanced information. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2014. NobelPrize.org.
非常有趣的是，這個節點模式從未出現在其他任何腦細胞當中；而且更有趣的是，若把這些網格節點連起來，你會發現模式是一個接一個的正六邊形。
正六邊形可以說是非常廣泛地出現在自然界中，像是蜂巢、苯環分子、雪花結構⋯等。在這裡又出現了一次六邊形，似乎正六邊形在大自然中，真的是一個如黃金比例般地存在。
因此，結合以上兩種細胞的功能，我們的大腦首先可以藉由位置細胞，建立屬於這個環境專屬的地圖（知道某家便利商店，位在回飯店必經的路上）；然後可以藉由網格細胞，知道我們本身在環境中的位置（目前定位在便利商店南方 10 公尺）。
如下圖所示，把位置細胞與網格細胞，這兩種細胞所產生的地圖重疊在一起的話，我們的大腦就可以知道我們目前的位置，與周遭的環境地圖，對於自身所處的空間，有充分的了解。
Credit: Advanced information. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2014. NobelPrize.org.
如此一來，我們就可以順利地回到飯店了⋯嗎？
想像一下，現在我們知道某家便利商店，座落在回飯店必經的路上，然後我們還知道我們目前身處在便利商店南方 10 公尺，但是具備這樣的能力還不夠，因為，我們還必須知道，我們現在面向的是南方還是北方？
有點像是我們常說的，知道怎麼走，但不知道往哪裡走？
類似經驗我剛來紐約時超常發生，一出地鐵站，常常不知道哪裡才是正確的方向？必須拿著 Google map，走一小段路，看藍色圈圈往哪裡跑，才知道哪裡是正確的方向QQ
因此我們需要第三種細胞的通力合作。
第三種細胞稱作頭向細胞（Head direction cells）。在大腦中的許多區域，包括像是剛剛提到第一種細胞所在的海馬迴、或是第二種細胞所在的內嗅皮質，都可以發現頭向細胞的存在。
頭向細胞最主要功能就是，當我們面向特定的方向時，這些細胞就會發出訊號，讓我們可以知道目前頭是面向哪個方向。
綜合以上三種腦細胞：位置細胞、網格細胞、頭向細胞，三者各有擅場、分工合作，於是最後終於我們順利從地鐵站走回到飯店，拿回忘在飯店的手機。
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上述提到的位置細胞與網格細胞，正是 2014 年諾貝爾生理醫學獎的獲獎研究。
而關於位置細胞，還有一個有趣的事我想要跟你分享。剛剛跟你提到位置細胞，有點像是腦內的地圖產生器，當我們眼睛看到特定的景象時，位置細胞便會發出訊號建立地圖對吧？
但其實除了視覺刺激以外，嗅覺也可以刺激位置細胞發出訊號。也就是說，那些環境中的味道，也可以幫我們的大腦，對這個環境形成一份專屬地圖。
或許這也是為何，有時我們聞到某些味道時，腦中浮現的不是屬於那個味道的物品，卻反而是屬於那個味道的環境吧。
最後，知道這些腦細胞有什麼用呢？
除了能夠了解我們大腦是如何形塑方向感以外，更重要的是，我們已經知道在臨床上，失去方向感、迷路、找不到回家的路⋯等，通常是失智症（如：阿滋海默症）的初期症狀。
所以，了解這些腦細胞正常情況下的行為與表現，可以讓我們知道，這些腦細胞的什麼行為與表現是不正常的？進而達到治療，甚至是預防上述這一類疾病的可能性！
謝謝你看到最後！你是屬於容易迷路的人嗎？還是說你方向感超好，彷彿有內建地圖在大腦內？在底下留言／私訊我，告訴我你的任何想法！
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REFERENCE
Advanced information. NobelPrize.org. Nobel Media AB 2020. Sat. 1 Aug 2020.
Makin, S. (2015). The Brain’s Homing Signal. Sci Am Mind 26, 12–12.
THE BIOLOGIST｜紐約生
