动物和人类依靠它们的导航技能生存。然而，大脑“导航回路”中的空间神经元此前并没有在现实条件下进行过研究。
2025年10月16日，以色列魏茨曼科学研究所Nachum Ulanovsky团队在Science 在线发表题为“Head-direction cells as a neural compass in bats navigating outdoors on a remote oceanic island”的研究论文，在野外对空间神经元进行了电生理研究：研究人员记录了在一个遥远的海洋岛屿上不受约束地飞行和户外导航的蝙蝠的下垫前的头部方向细胞。这些神经元在整个岛屿的地理范围内稳定地代表了蝙蝠的方向，与月亮和银河系的动态无关。从第一次探索该岛开始，方向调整在几个晚上后稳定下来。这些结果表明，头部定向细胞可以作为一种可学习的、可靠的神经罗盘，用于现实世界的导航——突出了将神经科学带入野外的力量。
动物和人类生活在广阔而丰富的环境中，需要导航来找到自己的路。生态学家和动物行为学家对户外导航行为进行了广泛的研究。相比之下，导航的神经机制几乎只在室内、小型实验室环境中进行研究，这些实验室比现实世界的室外环境小得多，包含的感官信息也少得多。这给我们对导航的神经基础的理解留下了一个重大空白：大脑的“导航回路”在现实环境中是如何运作的？该研究关注的是头部定向细胞——一种根据动物的方向改变其活动的神经元，通常被称为“神经罗盘”。这些神经元在小环境中有很好的特征，但以前没有在户外的自然环境中进行过研究。
在户外记录的头部方向细胞形成了一个可靠的神经罗盘，用于现实世界的导航（图源自Science ）
研究人员发现在岛上导航的蝙蝠中发现了头方向细胞，它与经典的室内头方向细胞具有相似的功能特性。这些神经元在很大的地理范围内保持着它们的定向调谐，这与全球罗盘假说相一致。相比之下，没有令人信服的证据支持马赛克假说。该研究进一步表明，无论是月亮在地平线以下，还是月亮被云遮挡，头部方向细胞都保持稳定，这意味着地理上的稳定调谐并不依赖于这些远距离视觉线索的可用性。研究人员也排除了神经罗盘的磁场起源。最后，研究人员发现头部方向代码在几个晚上后慢慢稳定下来，这表明蝙蝠在这个过程中逐渐了解了环境的布局，包括岛屿的地标和几何形状。
总之，该研究结果表明，头部方向细胞在地理范围内稳定地代表方向，而不受天体动力学的影响，因此可以作为大脑的神经指南针。这项研究强调了研究野生动物导航神经机制的必要性。
