想象一下你从地铁车厢里出来。你一踏上讲台，一瞬间，你完全迷失了方向。感觉很奇怪，因为当你在另一个车站上车时，你从南到北都知道，但现在你已经掉头了。据以色列魏茨曼科学研究所的研究人员说，这种感觉很可能是由于哺乳动物大脑的三维罗盘暂时失灵造成的，这种罗盘不依赖磁场，但它能使我们的大脑相对于周围环境定向。而事实证明，最好的方式来表示这个三维指南针是建模后，一个甜甜圈。

最好的方式来表示这个三维指南针是建模后，一个甜甜圈

为了了解动物如何在三维空间中定位自己，研究人员研究了蝙蝠。这些哺乳动物是一个理想的选择，因为它们需要能够在太空中找到自己的位置，即使它们的腹部指向天空飞行。为了弄清楚蝙蝠是如何实现这一导航壮举的，研究人员使用了一个视频监控系统和**蝙蝠大脑的微电极。这些电极在飞行过程中传递大脑信号，帮助研究人员跟踪动物的头部旋转。由此产生的读数使研究人员能够识别蝙蝠大脑中的神经元，这些神经元被调整到特定的3D角度，有点像3D矢量。此外，研究人员意识到，这些神经元位于大脑不同的区域，而不是用来计算头部方向的二维-这一发现表明，这两个参数的计算是相互独立的。

“基本上我们发现的是，如果你想把你的头指向一个树杈，这个树杈离你有一个特定的高度和角度，”魏茨曼研究所的神经科学家、发表在《今日自然》上的蝙蝠导航研究的合著者阿森·芬克尔斯坦（Arseny Finkelstein）说，“你（将会）想要计算这个（在）3D方向。这个‘3D头部方向单元’可以做到这一点。”

人类大脑完全有可能拥有相同类型的三维罗盘

人类显然与蝙蝠有很大的不同，但芬克尔斯坦认为人类大脑完全有可能拥有相同类型的3D指南针。尽管我们离不开科技的帮助，但我们生活在多层的环境中——多层建筑就是一个例子——这意味着能够理解和处理三维的标高以及方向是至关重要的。

这就是为什么发现这些“3D头部方向细胞”如此重要。直到最近，我们对导航的理解还局限于帮助我们形成周围环境的大脑地图的细胞，以及帮助我们的大脑在水平面上导航的细胞。但对于哪些细胞与我们的大脑地图结合工作，从而实现3D导航，我们知之甚少。”芬克尔斯坦说：“在任何物种中都没有发现这种现象，不仅仅是蝙蝠，还有哺乳动物。”一部分原因是因为过去很难追踪这些角度——存在技术差距。”但录音技术的进步使这项研究得以向前发展。而研究人员收集到的信息正是导致他们将哺乳动物的心理罗盘模拟成甜甜圈形状的原因。

Finkelstein等人。/自然

芬克尔斯坦说：“这不是解剖结构，而是功能表征。”这是我们认为这些神经元遵循的结构。芬克尔斯坦说，甜甜圈模型是理想的，因为它能给动物提供很多关于他们的头何时倒转的信息。一个球体就不会那么详细了。”这是一个数学论证，”芬克尔斯坦说。但这也是基于生物必要性。”动物关心这些信息。”

甜甜圈不是解剖结构。这是一个函数表示

挪威科技大学两位没有参与这项研究的神经科学家大卫·罗兰和梅·布里特·莫瑟认为，研究人员的工作“证明了用动物行为学方法研究神经科学的不可估量的价值”他们在今天出版的《自然》杂志的一篇报道中写道：“通过研究一种在3D中活动的动物，“（芬克尔斯坦和同事们）发现了哺乳动物大脑在3D中定向的一种方式。”

为了强调他的发现的重要性，芬克尔斯坦指出了眩晕——一种经常被描述为静止时旋转的感觉。他说，这可能是由于我们大脑的心理地图和我们的三维指南针之间的错位造成的。当飞行员发生眩晕时，眩晕可能是一种极其危险的情况，因为他们失去辨别哪条路向上，哪条路向下的能力。”但是我们不知道是什么触发了地图和指南针的重新排列，“他说，”或者我们如何将地图和指南针结合起来移动。“如果我们能够理解这一点，我们也许能够帮助飞行员避免重大事故。

但像这样的应用还有很长的路要走。与此同时，芬克尔斯坦和他的同事们计划看看他们是否能证明老鼠和人类存在相同的一般机制。”芬克尔斯坦说：“动物需要在三维空间中导航，很少有动物只在平面上移动。”识别这些我们以前不知道的细胞；这是一个很大的进步，”他说。但这也是“我们需要更好理解的东西”