大脑小知识：脑内定位系统
在柏林时，柏林理工大学的克劳斯·格拉曼（Klaus Gramann）给我讲了海马体和其他重要脑区的基本知识。从苏珊那里拿到智能腰带的第二天，我就前去拜访了他——腰带在路上起到了很大的作用。格拉曼的办公室位于城市的一角，离尼尔和杰西的公寓很远，我需要换乘多趟火车和公交才能到达。前一晚，我仔细研究了地图，写下了一些路线注释，以充分利用腰带带给我的方向感，比如：“出火车站向东走，坐M45路公交，10站后下车，沿路向北走。”通常情况下，我根本不会像这样增加对方向的标识，因此我很想看看这条腰带是不是真的对我有所帮助。
从火车站出来时，正好有一辆M45停在公交站，通常，在距离约定时间还有10分钟的情况下，我就开始紧张起来，看到公交车会毫不犹豫地上车碰碰运气，毕竟有一半的几率走对方向。但这一次，我感到腰带在我的背部震动，所以就立刻知道这辆公交车是往西行驶的，根本不是我要去的方向，因此我并没有急着上车。我穿过马路，耐心地等待着对面的下一班公交。我很高兴，想把这一切告诉排在我前面的那个人，但无奈我的德语无法胜任，只好作罢。我自我满足地笑了笑，终于可以不用因为迟到而慌乱不堪了。
10分钟后，我走下公交车，发现眼前是错综复杂的十字路口，于是我再次查看自己前一晚写下的路线笔记。笔记上说我应该往北走，因此我转动身体，直到腰带震动转移到腹部正中央，然后自信地迈步向前。就是这么简单！虽然我还是晚到了几分钟，但对于过去经常严重迟到、汗流浃背、心慌不已的我来说，已经好了太多了，感觉就像来到了一个全新的世界。
克劳斯·格拉曼跟好莱坞电影中典型的科学家形象如出一辙，他身材高大，一头灰白色的乱发，脸上露出简单的微笑，这让我想起了一位名人，但又不记得名字——后来我想起来了，他和比利·鲍勃·桑顿（Billy Bob Thornton）简直就像是一个模子里刻出来的，连山羊胡都一模一样。他的办公室比一般科学家的办公室酷得多：办公桌上有一个骷髅头骨模型，牙齿中间放着一根USB连接线，旁边是一瓶红酒，瓶子下面压着一堆科研论文；房间角落里有一张看起来缩了水的沙发，旁边还有一架穿着实验室大褂、带着诡异笑容的骨架；他甚至还有一个黑板，上面写满了科学相关的公式——这有点像几乎从来不会在现实生活中出现的电影场景。
不过，他有点紧张，想要给我这位英国来的访客沏一杯好茶，这一部分倒不那么像电影了。我向他保证，他仅有的那种茶（中国台湾山区手工采摘的茶叶）绝对没问题，即使没有牛奶，也会很好喝。接下来，我们就聊起了大脑内的导航系统。
他告诉我，涉及导航功能的大脑区域主要集中在海马体，但海马体并不是唯一负责导航的区域。和关于大脑的其他知识一样，这一部分也很复杂，因此他打开了桌上的塑料头骨，拿出了里面的塑料大脑模型，一边讲解，一边指向对应的区域。
简而言之，想知道自己身处何地、去往何方，有几个区域十分重要。首先是顶叶皮层（parietal cortex），它是大脑顶部和后部的中枢，汇聚了来自眼睛、耳朵及其他器官的感觉信息，并将这些信息无缝转化为你对自己和周围环境相对关系的认知。
接下来是与顶叶皮层相连的海马体，大脑中有一对回形结构的海马体，位于褶皱的皮层之下。海马体及其周围的神经元主要用于构建大脑内部地图，这些神经元包括海马体内的位置细胞（place cell），还有位于海马体附近内嗅皮层（entorhinal cortex）的网格细胞（grid cell）和边缘细胞（border cell）。网格细胞呈现出网格图样的放电结构，类似于空间坐标，能够帮助我们了解周围环境的大体布局；边缘细胞主要用于划分物体边界，当我们需要在不同物体之间移动时，它非常重要。
至于位置细胞，听起来有点像一种计算魔法，我不太能理解。它们分布在海马体周围，在某一环境里，身处不同位置会激活不同的位置细胞，有时激活区域有部分重叠，因此当你在某个环境中移动时，细胞活动会让你知道自己正在移动。比如你到了一个从未去过的房间，当你靠近沙发时，会激活某一个位置细胞，而走到后门处则会激活另一个位置细胞。位置细胞活动发生的速度很快，根本无法意识到，因此，我们在房间里走动的同时就会不知不觉地在脑中形成定位模型。你在某个地方待的时间越久，这种定位模型会通过学习而不断精细化，脑中的地图也会包含更多的细节。
位置细胞有一个优点，它可以多次进行映射，因此你无须每到一个地方就用新的位置细胞。在家中确定床所在位置的细胞，也可能会在办公室里的复印机旁或者超市里的奶酪过道处被激活。当你回想起某个特定位置时，相应的位置细胞就会被激活。这么看来，如果你站在复印机旁边的时候恰好想到了家里的床，位置细胞会不会被绕晕了呢？其实，它远比表面上看起来的复杂。不同位置细胞组合形成的特定模式能够帮助你在大脑里分辨不同的地方。
感觉器官会告诉你周围物体和自己的相对位置关系，而位置细胞和网格细胞则会告诉你周围的整体布局。这两种信息被压后皮层（retrosplenial complex，简称RSC）结合在一起，然后经过“指向细胞”（heading cell）的计算，得出你在周围环境中所面对的方向。压后皮层的主要作用是对信息进行翻译，让你对自己所处的位置有清楚的认知，并能够在环境中进行有效移动3 。
最后是位于大脑后部的枕叶位置区（occipital place area）。这一区域最近才被研究人员发现，因此尚不清楚其具体作用，但它似乎更倾向于对位置而非物体和面孔做出反应。
我有些好奇，是不是我的大脑里这些细胞有所缺失，才会导致自己的方向感如此之差。克劳斯似乎并不这么认为，他说：“就这些系统而言，每个人都有同样的神经基础，这是由人类的基因决定的，它就在那里，不需要我们做什么。”这话不假，虽然如今地图、卫星导航和智能手机的出现使得几乎没有人会使用自身的导航能力，但人体内的导航系统仍然时刻待命，等待着发挥作用。事实上，我们每天都在用，只是自己没有意识到而已。大脑中导航系统受到损伤的人在日常生活中根本无法正常行动，有时甚至会在自己的家中迷失方向。有些人天生就有此类问题，但原因尚不明确，如果你自身的导航系统无法正常运转，你一定会意识到的。
人们对于导航系统中不同部位的使用程度有着明显的差异，而克劳斯研究的主要目的就是为了找出其中的原因。例如，你把一群人带到一个陌生的环境中，他们会用不同的方法来进行定位。“一些人在第一次面对陌生环境时就会对周边产生一些基本认知，但有些人却不会这么做。所以我们想要搞清楚的问题是，为什么会这样？每个人都拥有相同的导航系统，但为什么使用起来会有所不同呢？”
克劳斯告诉我，其中有一些差异可能是遗传导致的：虽然我们大脑的基本构造大体相似，但就像其他器官一样，大脑区域也有形状和大小的不同。比如，有些人在顶叶皮层中编码的信息更加精确，从而能够让导航系统中的其他部分更好地发挥作用，而有些人更善于记录自己身体在空间中所处的位置及移动速度，还有一些人的海马体更大、更高效。
除此之外，还有文化的影响——我对这一部分非常感兴趣，因为这意味着，尽管基因已经决定了一切，但我仍然有可能对导航系统做出调整。克劳斯对此也十分感兴趣，他指出：“如果你在斯堪的纳维亚北部的苔原上长大，那么你所体验到的是与在纽约长大的人完全不同的成长环境。”例如，在纽约，根据地标或既定路线来导航的策略通常更加有效，但如果在广阔的苔原上，你就需要根据太阳的位置和地形特点来确定自己所处的位置。如果你在小时候就已经针对某种文化形成了行之有效的导航策略，那为什么还要花费时间和精力去探索其他策略呢？随着时间的推移，这些差异就会在大脑的关键导航区域中形成不同数量的脑灰质和脑白质。
这些差异似乎很早就形成了，在一项实验中，研究人员对荷兰和非洲两地的儿童进行了实验——与我在费城做过的网格实验类似——并将两组儿童的表现进行了对比，他们发现，非洲孩子会根据东南西北的方位来将物体归位，而荷兰的孩子则会根据自己身体所处的位置来将物品归位。
那么，已经成年的都市人能否形成与沙漠猎人相同的导航技能呢？也许可以。但研究发现，与使用地图导航策略的人相比，总是使用基于地标的路线导航策略的人，海马体中的脑灰质更少。这种差异在大脑中的另一个部位——尾状核（caudate nucleus）有所体现：与海马体的体积相比，通过路线进行导航的人尾状核更大，而善于在脑内描绘地图的人尾状核则相对较小。但是，导航能力极佳的人通常海马体与尾状核的体积相似，并且能够根据实际情况选择最佳的导航策略。与保持专注和发挥创意类似，对于增强导航技能来说，我们需要的不是“锻炼肌肉”，而是增加灵活性。
