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神秘的空間導航：網格細胞如何在黑暗中運作？
在自然界中，無論是老鼠、蝙蝠、猴子，甚至人類，都有一種神經元，稱為網格細胞，這些細胞能在動物探索開放區域時以規律的方式釋放神經衝動，使它們能夠理解自己在空間中的位置。這些細胞存在於腦部的內嗅皮層，並靠著收集並整合有關位置、距離和方向的信息來運作。
網格細胞的發現可以追溯到2005年，當時挪威的記憶生物學中心的科學家Edvard Moser、May-Britt Moser和他們的學生們對這些神經元進行了深入的研究。他們的發現揭示了大腦中負責定位的細胞系統，並因此榮獲2014年生理學或醫學的諾貝爾獎。
網格細胞透過其獨特的空間發火模式，提供了一種動態計算自身位置的機制，能在黑暗中保持穩定。
網格細胞的運作方式
在典型的實驗中，研究人員會將電極植入老鼠的背內嗅皮層，以記錄單個神經元的活動。當老鼠在一個開放的環境中自由移動時，電極能隨著網格細胞的釋放記錄到它們的活動。這些數據會在地圖上標記出老鼠的位置，每次神經元釋放動作電位時都會留下標記。隨著時間的推移，這些標記會形成小集群，最終在空間上形成等邊三角形的網格模式。
通過這樣的實驗，研究人員發現網格細胞的發火模式是獨特的，與其他類型的細胞相比，網格細胞會在空間上以規則的方式排列其放電區域。若是查看海馬體的地方細胞，它們的標記會經常僅形成一個集群，或者即便形成多個集群，它們的結構並不規則。
發現的背景
在1971年，John O'Keefe和Jonathon Dostrovsky首次報告了海馬體中的地方細胞，這些細胞會在動物穿過特定空間區域時釋放動作電位。這一發現引發了眾多實驗和研究，最終使我們更深入理解了內嗅皮層神經元在空間導航中的重要性。
從2004年間的經驗研究中，看似毫無聯繫的資料開始揭示網格細胞的運作潛能。
網格細胞的發現，特別是網格模式的規則性，讓人們再次聚焦於這些細胞在空間千變萬化的環境中如何發揮作用的問題。即使在缺乏視覺提示的情況下，這些細胞依然能夠精確記錄動物的位置信息。
網格細胞的生理特性
網格細胞具有在所有可用環境中均勻分布的發火區域，並以六邊形的排布方式進行排列。這些細胞在不同層次的皮層中運作，其各自的網格間距和方向維持相似性。隨著對不同環境的探索，這些細胞的發火模式顯示出穩定性，即使在無光的情況下，這些網格還是能保持其結構不變。
網格細胞能在黑暗中運作，顯示出它們對外部環境的參考系不斷進行更新與調整。
網格細胞與海馬體地方細胞的互動
當一隻老鼠被置於不同的環境中，其海馬體的地方細胞會顯示出「完全重映射」，而這種潛在的變化與網格細胞的活動模式則相對應。海馬體的重映射種類包括改變發火率的「率重映射」，在這種情況下，發火模式受環境特徵的改變而影響，網格細胞則會保持不變。
可能的功能
網格細胞的學術研究曾被認為與路徑整合能力密切相關，這種能力使動物在缺乏任何外部提示的情況下，也能不斷追蹤自己的空間位置。然而，有研究指出在不同物種之間，此功能的運作機制尚未完全確立。網格細胞的獨特性讓它們可能參與更廣泛的神經處理，甚至在某些情況下，這些細胞可能不僅限於空間導航。
網格細胞可能在大腦中扮演了編碼與記憶之間的關鍵角色，將位置與事件進行關聯。
隨著科學研究的深入，網格細胞的探索仍在持續進行，我們逐漸了解到這些神秘的神經元不僅僅局限於距離的測量，它們無疑在動物的導航和記憶形成中扮演著至關重要的角色。未來的研究能否揭開更多網格細胞的奧秘，進一步拓展我們對大腦功能的理解？
