上一章结尾我留了个缺口:位置细胞能标出「你在这一格」,但它不知道这一格离别的格有多远、朝哪个方向。一堆图钉还不叫地图,地图得有坐标和比例尺。
那大脑的坐标纸在哪儿?这个问题的答案,让一对夫妻科学家在 2014 年拿到了诺贝尔奖。答案的样子,怪得有点好笑。
一个找不到坐标的难题
先想想你是怎么知道「我往前走了十步」的。闭上眼,在屋里走几步,你心里大概有数走了多远、转了多少度。这件事不靠眼睛——黑灯瞎火也能大致做到。大脑一定在靠自己的步伐和转身,默默地算账:往这个方向挪了多少、又转了多少。
这种「靠自己的移动来推算自己到了哪儿」的本事,有个名字叫路径积分——就是把你每一步的方向和距离一点点累加起来,算出当前位置。航海里的「航位推算」是一回事:没有 GPS 的年代,船长靠船速、航向和时间,硬算出船在海图上的大概位置。你的大脑一直在替你做这件事,而且你毫无察觉。
为什么这很关键?因为路径积分需要一把「尺子」。你得能稳定地量出「一个身位的距离」,才能累加。位置细胞给不了这把尺子——它只会在某个地方喊「到了」。真正的尺子,藏在隔壁。
蜂窝一样的放电
2005 年,挪威的两位科学家,莫泽夫妇(May-Britt Moser 和 Edvard Moser),在海马体旁边一个叫内嗅皮层(给海马体供料的一块脑区,可以理解成海马的「上游供应商」)里,又去听单个细胞放电。他们让老鼠在一个敞开的大箱子里自由乱走,同时记录某一个细胞在老鼠走到哪些位置时会放电。
位置细胞的答案很简单:就一个点。可内嗅皮层这个细胞的答案,把人看傻了——它不是在一个地方放电,而是在许许多多个地方放电;把这些地方在图上标出来,它们组成了一张整整齐齐的、像蜂窝一样的正三角形网格,铺满整个箱子。
换句话说,这个细胞在老鼠脑子里铺了一张等距的坐标纸:每走过一个固定的距离,它就「嘀」一声。他们管这种细胞叫网格细胞——一种把空间切成规则网格、给大脑提供距离刻度的神经元。莫泽夫妇、加上发现位置细胞的奥基夫,三人分了 2014 年的诺贝尔生理学或医学奖。
位置细胞是图钉,告诉你「你在这儿」;网格细胞是图钉底下那张方格纸,告诉你「这儿离那儿有几格」。有了方格纸,大脑才量得出距离、才做得了路径积分、才可能抄近路。
不止一张方格纸
更妙的是,网格细胞不止一种尺寸。有的细胞网格很密,格子小,适合量近处的细节;有的网格很稀,格子大,适合量大范围的距离。它们像一套从细到粗的尺子叠在一起,让大脑既能量「这张桌子有多宽」,也能量「这个城市有多大」。
再加上旁边还有别的帮手一起凑成了完整的仪表盘:
- 头朝向细胞——一种只在你的头朝着某个特定方向时才放电的细胞,相当于脑子里的指南针。你一转头,是另一个方向的细胞接班。
- 边界细胞——专门在你靠近墙壁、悬崖这类边界时放电的细胞,相当于地图的边框,告诉大脑「地盘到这儿为止」。
方格纸(网格细胞)+指南针(头朝向细胞)+边框(边界细胞)+图钉(位置细胞),凑齐了。到这一步,大脑手里已经有了画一张像样地图所需要的全套文具。这,就是我们第一章说的「地图式导航」底下真正的硬件。
注意,这套系统干的是纯几何的活:方向、距离、坐标。它不关心路边有没有星巴克。一个重度依赖这套系统的人,脑子里是一张抽象的方位图,所以他开口就是「往北两百米」。这也解释了为什么他常常说不清沿途有什么店——他记的根本不是店。
它很强,但它很贵
这套「方格纸系统」听起来很美:灵活、能抄近路、能脑补没走过的路。但它有个藏在后面的大毛病——贵。
路径积分是会累积误差的。你每一步的估算都有一点点偏差,走得越远、拐弯越多,误差攒得越大,地图就越飘。所以靠纯算账走久了一定会偏,必须时不时拿眼睛看到的真实地标来「校准」一下,把飘掉的位置拉回来。而且维护这么一张实时更新的地图,要动用海马体和内嗅皮层一大片脑区持续运算,很费神——你边走边聊天分了神,这张图就容易糊。
这就带出一个很自然的问题:既然画地图这么费劲,那为什么还有另一拨人(和另一拨场合)压根不画地图,照样把路走对?因为大脑里还有另一台机器,走的是一条完全不同、便宜得多的捷径——它不画图,只记「到这儿就左拐」。那台机器,是下一章的主角。