颠覆认知：海马体与皮层并非空间导航的唯一核心

传统神经科学长期认为，海马体与大脑皮层是哺乳动物进行空间学习和导航的绝对核心。然而，近期发表在 bioRxiv 上的两项独立预印本研究向这一经典观点发起了挑战。研究表明，海马体和新皮层对于空间学习的必要性或许远比以往想象的要低，且空间定位信息广泛分布于大脑的多个区域，而非局限于海马体。

在其中一项研究中，由加州理工学院 Markus Meister 教授实验室的博士生郑洁宇（Jieyu Zheng）等人领导的团队，使用了一种天生缺乏 PALS1 基因的小鼠模型。这种基因缺陷阻止了海马体及大部分新皮层结构的形成。虽然这些“无皮层小鼠”（acortical mice）在初次接触“曼哈顿迷宫”（一种网格状、需在特定位置获取水滴奖励的竞技场）时表现出焦虑、频繁环顾且速度较慢，但在适应后，它们的学习、记忆保留和泛化能力与对照组小鼠高度相似。

实验显示，两组小鼠都在 10 次成功尝试内找到了高效获取奖励的路径，并在 3 到 4 周后依然能记住包含 9 个转弯的复杂路线。当迷宫被重新配置时，无皮层小鼠展现出比初次学习时更快的启动速度。Meister 指出：“显然，在大脑皮层和海马体之外，确实存在一套用于学习和泛化的系统，小鼠完全有可能在没有六层结构皮层的情况下进行导航。”

不过，学术界对该结果持谨慎态度。都柏林圣三一学院的遗传学与神经科学副教授 Kevin Mitchell（未参与该研究）认为，虽然结果惊人，但无皮层小鼠在发育过程中缺乏这些结构，其大脑可能通过强大的可塑性进行了代偿。斯坦福大学神经生物学教授 Lisa Giocomo 则推测，具有与海马体相似层状结构的梨状皮层（piriform cortex）可能在其中发挥了代偿作用。她同时指出，需要进一步测试这些无皮层小鼠在严重依赖海马体的任务（如情境恐惧条件反射）中的表现。

在另一项由伦敦大学学院 Matteo Carandini 实验室高级研究员 Enny van Beest 等人开展的研究中，研究团队利用头固定小鼠在虚拟走廊跑步的实验，记录了来自视觉、运动、体感皮层、海马结构、纹状体、丘脑和中脑等区域的超过 20,000 个神经元活动。结果发现，空间编码神经元几乎出现在每一个被记录的脑区，且计算模型能够根据任何一个区域的神经活动预测小鼠的位置。虽然海马结构编码位置的方式更均匀，但其精确度甚至不及视觉皮层。

Carandini 解释称，实验中一维的虚拟跑道可能限制了海马体的特殊优势，如果在二维环境中，海马体或许会展现出更强的作用。Mitchell 也指出，能够从大脑不同区域解码空间信号，并不完全等同于大脑在主动使用这些信号，这些区域可能仅仅是在接收来自海马体的广播信息。然而，对于天生没有海马体的无皮层小鼠而言，空间信息的来源必然另有他途。研究人员推测，上丘、基底节和小脑可能是潜在的候选区域。两项研究的团队均表示，下一步计划通过瞬时沉默海马体，来明确正常小鼠在记忆空间信息时是否真正依赖其他脑区，抑或这些脑区仅仅在接收海马体的输入。