空间认知与导航

空间认知涉及大脑如何表征空间并支持导航，即知道自己身在何处并找到通往目标的能力。海马结构和内嗅皮层包含特化的神经元，包括在特定位置放电的位置细胞和以三角形模式覆盖环境的网格细胞，它们共同提供内部的空间度量和地图。

Definition

空间认知与导航是研究大脑如何编码环境的位置和布局，并利用这些表征（主要在海马-内嗅系统中）来支持空间中的定向和目标导向运动的学科。

Scope

本主题涵盖空间认知和导航的神经基础，作为认知神经科学的参考材料。它介绍了认知地图概念、位置细胞和网格细胞及相关空间神经元、海马-内嗅系统的贡献，以及这些机制与记忆和影响导航的疾病的相关性。它解释了机制和证据，并非临床指导。

Core questions

• 大脑如何表征环境的位置和空间布局？
• 位置细胞、网格细胞和相关神经元在构建空间地图中扮演什么角色？
• 海马结构的空间功能与其在情景记忆中的作用有何关联？

Key concepts

• 认知地图
• 位置细胞
• 网格细胞
• 头部方向细胞
• 边界细胞
• 异己中心参照系与自我中心参照系
• 路径整合
• 海马-内嗅系统

Key theories

海马的认知地图理论

海马构建环境的异己中心、地图般的表征，支持灵活导航；位置细胞提供了海马编码动物在该地图中位置的神经证据。

内嗅皮层基于网格的空间度量

内侧内嗅皮层中的网格细胞在多个位置放电，这些位置排列成规则的三角形晶格，提供了一个周期性的、基于距离的坐标系，可以支持路径整合并向海马提供空间信息。

Mechanisms

大脑中的空间表征源于几种特化的细胞类型。海马位置细胞在动物处于特定位置时选择性放电，共同表征环境中的位置（O'Keefe & Dostrovsky, 1971）。在内侧内嗅皮层中，网格细胞在多个位置放电，形成规则的三角形晶格，为空间提供度量，支持路径整合（path integration），即根据自身运动线索更新位置（Hafting et al., 2005）。这些细胞还辅以信号指示朝向的方向的头部方向细胞和响应环境边界的边界细胞。总的来说，这个海马-内嗅回路被认为构建并使用认知地图，将空间编码与该系统在情景记忆中的更广泛作用相结合（Moser et al., 2008）。

Clinical relevance

由于海马-内嗅系统支持空间导航和记忆，定向障碍和导航困难是临床医生和研究人员理解阿尔茨海默病等疾病的重要特征，该疾病早期会影响内嗅和海马区域。本条目是关于空间认知神经基础的教育性参考资料，并非用于诊断或管理任何个体。

Evidence & guidelines

该框架基于对自由活动动物进行数十年的单细胞记录，并辅以人类神经影像学和病变研究（O'Keefe & Dostrovsky, 1971; Hafting et al., 2005），并综合在权威综述中（Moser et al., 2008）。位置细胞和网格细胞的发现获得了2014年诺贝尔生理学或医学奖，授予O'Keefe以及May-Britt和Edvard Moser。

History

动物形成内部地图的观点由Edward Tolman于1948年基于行为学提出。1971年，O'Keefe和Dostrovsky发现了海马位置细胞，为认知地图提供了神经基础，并在O'Keefe和Nadel于1978年出版的书中进行了阐述。2005年，Moser实验室报告了内嗅皮层中的网格细胞，揭示了空间的周期性度量。这些发现获得了2014年诺贝尔奖的认可，确立了海马-内嗅系统作为大脑内部定位系统的地位。

Debates

海马是专门用于空间还是更广泛的记忆？

认知地图理论强调空间表征，而基于记忆的解释则认为空间编码是关系记忆和情景记忆中更普遍作用的一个实例；调和海马的空间功能和记忆功能仍然是一个活跃的研究问题。

Key figures

• John O'Keefe
• Edvard Moser
• May-Britt Moser
• Lynn Nadel
• Edward Tolman

Seminal works

• okeefe-dostrovsky-1971
• hafting-2005
• moser-2008

Frequently asked questions

什么是位置细胞和网格细胞？

位置细胞是海马神经元，当动物处于特定位置时放电，共同表征其所在位置。网格细胞是内嗅神经元，在排列成规则三角形网格的多个位置放电，提供距离和方向的度量。它们共同支持用于导航的内部地图。

为什么同一个大脑区域既参与导航又参与记忆？

海马-内嗅系统支持空间表征和情景记忆。一种有影响力的观点是，表征事件发生的时间和地点是组织记忆的自然框架，因此空间编码和记忆可能是同一关系系统的两个方面，尽管这种关系仍在争论中。