我对于将一个微小的水果飞的大脑比较雄伟的大象来说，这似乎荒谬。然而，许多神经科学家的梦想是找到非常不同的大脑份额的深刻规则。作为Gilles Laurent，Max Planck大脑研究所的德国Max Planck大脑研究所的神经科学家，德国研究了各种动物，从蝗虫到海龟，有说过，“神经响应可以通过相同的数学操作来描述......在完全不同的系统中。”Vivek Jayaraman，霍华德休斯医学院的Janelia Research Campus的研究员以及Laurent的前学生认为，神经科学家们正在秉承识别这些深度神经规则的一些。抓住他们会推进另一个神经科学的梦想：能够以牛顿预测移动物体的行为来预测动物行为。
杰拉曼和少数研究人员学习大脑的GPS事实上，你已经体验到了发现这样一条规则的激动。它支配着一些重要的东西——动物跟踪自己前进方向的能力。更重要的是，最近的果蝇实验连接到虚拟现实环境-一来自杰拉曼的小组和其他来自雷切尔·威尔逊(Laurent的前博士后)和他在哈佛的同事的研究，展示了果蝇的视觉线索是如何确保其航向的稳定性的。这些发现为我们了解哺乳动物如何构建它们的世界地图提供了思路。
当您自由移动时，某些神经元仅在您面临特定方式时才能活跃。只要你在那个方向上展望未来，就没有重要的是，在那个方向上，细胞火灾。首先在大脑大脑的区域中首先鉴定出这些所谓的头部方向细胞非常接近，并且与海马，地区的家庭密切相关，以及适合您的地图．有大量这些细胞，但任何一个细胞都仅在环境的某个小区域中活跃。他们就像地图一样，告诉你你在哪里。这样的地图并不是很有用，而不知道你在哪里。这就是为什么大脑也会使用头部方向或指南针，细胞创造精神指南针。
它令人醒目的是这两个系统在一起的努力。如果您要旋转Visual提示，大鼠用来定义其标题，那么头向电池将重新移至这种移位的世界。与此同时，海马的置地电池也将旋转心理图。这两组细胞提供了互补的信息，如果正确放在一起，足以帮助大鼠在环境中的任何地方导航 - 即使在黑暗中。换句话说，头向电池不仅仅是响应视觉线索。即使老鼠看不到周围环境（或遮住眼睛），它们也能保持活动。大脑如何设置这种稳定的指南针样式？更令人困惑，它如何在没有视觉线索的情况下保持这种稳定的标题？
科学家可以预测果蝇是否认为它是右或左转的。
大鼠和小鼠的实验证据表明，头向电池的甜甜圈状结构使大脑的指南针保持可靠。一九九五年纸，“老鼠方向感的神经基础模型”，第一次提出了这个甜甜圈或“环吸引器”的图像。在这项研究中，来自亚利桑那大学的William Skaggs和他的同事们假设，头部方向的细胞(它们似乎没有任何可见的特征群结构)连接在一起，形成一个假想的环，形成一个二维空间的360度地图。研究人员写道:“这项努力的目的是开发与现有数据一致的最简单的可能架构。”“现实肯定比这个模型复杂得多。”
每个单元格，环上的一个点，指向一个特定的标题。在这个环上，邻近的细胞指向相邻和相似的标题，并相互激活，而相距较远的细胞，指向相反或接近相反的标题，则相互失效。研究人员提出了一条规则，说明来自大脑视觉区域的信息如何进入头部方向细胞环，从而决定了它们特有的活动模式。他们还整合了大脑的前庭系统，该系统可以检测头部转向，让环在黑暗中保持其活动。这种输入模型只允许一小群头向细胞在任何给定时间处于活动状态。这一“撞击”的活动与老鼠的头部相对应。如果老鼠或它的世界发生了变化(比如，老鼠被翻转了)，那么细胞环内的连接和变化的视觉输入信息也会导致肿块相应的发生变化。
Skaggs和他的同事们取得了胜利，研究人员已经确定了一些似乎根据他们的数学模型运行的细胞。尽管如此，它仍有一个主要缺陷:对于大脑如何将视觉信息转化为稳定的航向感，人们知之甚少。至少就目前而言，要绘制出让大鼠看到的数百万细胞和复杂连接是如何连接到这个环的，实在是太难了。
T他是Jayaraman进来的地方。果蝇，结果，也有一个大脑的地区，致力于保持方向感。Jayaraman在不到十年前的同事中表现出来。令人难以置信的是，它是一个完全像理论环吸引器网络的结构的甜甜圈形环。当飞行面向啮齿动物中的特定方式时，该细胞中的任何给定的细胞都仅活跃 - 啮齿动物中的头部方向电池（并且可能在美国）。这次发现提供了一个非常好的机会，不仅要测试科学家使用完全不同的动物为一只动物开发的模型，还可以识别一种醒目的大脑使用的共同规则。
“我们的论文提供了支持Skaggs提出的模型的证据et al。主要作者伊薇特·费舍尔(Yvette Fisher)告诉我。“尤其是这个模型要求指南针神经元的视觉输入是可以修改的。”换句话说，这两项研究确定了一种规则或机制，它决定了环内神经元与视觉输入之间的连接强度如何变化。环的视觉输入会抑制头向细胞的活动——与视觉输入神经元连接最弱的头向细胞会活跃起来。
对于渔民而言，谁是神经生物学家，沉浸在进化的心态中可能会塑造她的期望。“如果所需的神经电路处于类似的限制，则普通原则并不令人惊讶，”Fisher说。“导航对所有动物有许多广泛类似的要求。”鉴于这些相似之处，研究人员所确定的规则可以激发他人在哺乳动物中有意识。一般原则，如环形吸引力模型，用于计算标题，了解所有动物的行为方式。科学家可以用它们来预测一些动物行为，就像水果蝇是否认为它是右或左转。
更重要的是，科学家现在拥有一个基线模型，他们可以看到具体的动物如何彼此偏离。例如，虽然大鼠，一个陆地动物可能会做出与标题，鸟类和蝙蝠的二维模型以及一些昆虫飞行。虽然苍蝇的大部分工作都集中在步行苍蝇上，但最近关于蝙蝠的研究发现了一个三维地图。
它仍然是一个开放的问题，相同的神经算法是否从这些动物中的两到三维扩展到三维。甚至更有趣的是一些动物如何在长远来看：众所周知，沙漠蚂蚁能够找到他们的巢，三维隧道结构，从里程远，许多迁徙的鸟类可以在年复一年后返回相同的位置。费舍尔认为，答案将来自于表征多样性的大脑，并比较每个生物演变的算法。
Adithya Rajagopalan是Johns Hopkins University和Janelia Research Campus的神经科学系的第三年研究生。跟着他在推特上@adi_e_r.．
铅图像：赫伯特克拉特基/羽毛房
