伦敦大学学院（UCL）科学家最新研究发现，大脑内嗅皮层的网格细胞所形成的空间导航网格模式并非固定的六边形，而是会根据环境的几何形状发生扭曲和调整。这一发现颠覆了此前普遍认为网格细胞提供均匀、恒定的空间度量工具的理论，相关成果发表于2024年2月11日《自然》杂志。
网格细胞通过周期性激发形成的网格状活动模式，构建了动物对局部环境的内部空间地图，是大脑导航系统的核心组成部分。此前研究普遍认为，这些网格模式呈现规则的六边形结构，为大脑提供稳定的距离测量标准。
本研究中，研究团队让41只大鼠在不同形状的环境中（圆形、方形及梯形）自由觅食，同时记录其内嗅皮层网格细胞的活动。结果显示，网格模式会根据环境形状发生显著变化，尤其在高度极化的梯形环境中，六边形网格结构被明显扭曲，网格间距发生调整。
第一作者Julija Krupic博士指出：“网格细胞生成的网格模式可视为大脑测量距离的尺子，但我们发现这把尺子会根据外部环境的几何结构发生弯曲和拉伸。”
进一步分析表明，网格模式的改变并非由视觉地标、环境材质、气味或大鼠的运动速度和方向变化引起，而是直接受环境边界的几何形状影响。
另一位第一作者Marius Bauza博士表示：“环境边界对网格模式的调控作用超出预期，且内嗅皮层中解剖位置相近的网格细胞表现出高度一致的响应。我们计划基于这些新发现，优化现有的计算模型，以更好地理解网格细胞的行为及其空间模式的形成机制。”
该研究的资深作者、2014年诺贝尔生理学或医学奖获得者John O'Keefe教授指出：“我们已知大脑导航系统中的位置细胞和边界细胞会受到环境几何结构的影响，现在发现网格细胞同样如此。这表明网格模式可能不仅仅是大脑的距离测量尺，而可能承担其他功能。尤其是在极端几何环境中，网格形状的扭曲提示大脑可能以不同方式感知空间距离。下一步研究将聚焦于揭示网格模式变化的原因及其对导航功能的具体意义。”
这项研究深化了我们对大脑空间导航系统的理解，强调环境几何结构对神经空间编码的关键调节作用，为未来探索认知地图形成及其神经机制提供了重要线索。