為甚麼我會是一個路痴？

「點解你成日認唔到路嘅？你係咪路痴呀？」

這是我朋友最愛問我的問題。

其實細想一下，為甚麼我會是一個路痴，這是一個很高層次的問題呀，簡直是一個諾貝爾獎級難度的問題。

想當年，2014年諾貝爾生理醫學獎，就是頒結了幾位研究這問題的科學家。

他們藉著研究把電極放入老鼠腦部，發現了動物(及人類)認路的方法。原來我們之所以能夠認路，靠的主要是兩種腦細胞，分別是place cells及grid cells。

Place cells位於海馬體(hippocampus)中，每個place cell負責一個特定的地區範圍，我們稱那個範圍為place field。科學家發現，如果老鼠處於某個place field之中，那麼負責該place field的細胞就會開啟，變得活躍。舉個例子，如果我把老鼠放在我睡房中，而睡房位於place field A，那麼負責place field A的place cells就會活躍起來，那麼老鼠就會知道自己位於我的睡房。如果我把老鼠放在廚房中，而廚房位於place field B，那麼負責place field B的place cells就會活躍起來，老鼠就會知道自己位於廚房。

總之place cells有點像GPS定位系統，每個place cell是GPS地圖上的一細點。只要你到達某個地方，它就會告訴你。「你現在在醫院病房」、「你現在在家的廚房」、「你現在在商場鞋店」...但當你去到一個新環境時，place cells會重新定義，重新組成自己的place field。那情況就好像你用GPS定位系統，灣仔區有灣仔區的地圖、沙田區的地圖、旺角區有旺角區的地圖，當你從灣仔去到旺角，GPS系統就會轉換去使用另一地圖。同樣道理，當你從自己家去到女朋友家，place cells就會由你家的place field從新設定至女朋友家的place field。但舊的設定是隨時可以召回的，當你到女朋友家後，之後再帶她回到自己家纏綿，聰明的place cells又會回復原來的設定，負責你家裡不同位置的place field。

但place cells是靠甚麼去知道自己位於某個place field中呢？科學家又發現place cells和很多感觀腦細胞都有密切聯繫，所以我們的視覺、聽覺、嗅覺資訊，都會被傳達place cells，幫助我們得知自己的位置。

科學家又發現當他們損害老鼠的海馬體(place cells的所在地)後，老鼠就再認不到路了。這再進一步證實了他們的理論。

但place cells只能告訴你「你在甚麼地方」，卻不能告訴你「你在沿甚麼方向移動」或「怎樣從地方A行到地方B」，所以它這是一個功能不完全的GPS系統。

而具有方向導引功能的細胞要在發現place cells約30年之後才被人發現。它們名叫grid cells，位於大腦的內嗅皮層(entorhinal cortex)中。下圖是海馬體(place cells所在地)及內嗅皮層(grid cells所在地)的位置，我們可以看到它們很接近。

Adapted from “A pathophysiological framework of hippocampal dysfunction in ageing and disease”, by A. S. Scott, A. S. Scott, B. B. Richard, P. W. Menno & A. B. Carol, 2011, Nature Reviews Neuroscience 12, p. 585-601

有別於place cells，一個細胞對應一個位置，grid cells一個細胞對應很多不同區域，這些區域以六角形的方式排好，就如下圖所示。

Adapted from “Human Grid Cells”, by J. Kubie, Retrieved from http://blog.brainfacts.org/2013/08/human-grid-cells/

Adapted from “Passive Transport Disrupts Grid Signals in the Parahippocampal Cortex” by S. S. Winter, M. L. Mehlman, B. J. Clark &J. S. Taube, 2015, Current Biology.

所以你在任何一個六角形點上，grid cells都會變得活躍，也就是說你不能依靠grid cells得知自己的確實位置。

那究竟grid cells有甚麼用途呢？原來很多不同的grid cells交集在一起，我們就可以藉此得知移動的方向。

以下圖為例，

Adapted from “Human Grid Cells”, by J. Kubie, Retrieved from http://blog.brainfacts.org/2013/08/human-grid-cells/

如果grid cells活躍的次序是A(紅)->B(綠)->C(藍)。那我們是完全不能確認自己位置的。因為單看上圖我們已經看到7個不同紅點，7個不同綠點和7個不同的藍點。但我們卻可以知道移動的方向－－左下方。只要結合place cells告訴我們的絕對位置，我們就可以得出一個很完美的GPS定位系統。

如果我們用數學概念理解，place cells可以結我們一個坐標，grid cells可以給我們一個displacement vector。再說的簡單一點，「我在位置A，向前行100米，就會到達位置B。」中，「位置A」及「位置B」這兩個資訊來自place cells，「向前行100米」這個資訊來自grid cells。

Adapted from “Human Grid Cells”, by J. Kubie, Retrieved from http://blog.brainfacts.org/2013/08/human-grid-cells/

發現這兩種細胞，有助我們了解很多醫學問題，例如腦退化症的病人為何較易迷路。這是因為腦退化症影響海馬體，而海馬體含有place cells。當place cells再不能正常運作時，病人就會迷路。

這個發現同時也可以幫助史丹福回答朋友的問題。當朋友下次再問：「點解你係路痴？」

我就可以回答：「簡單，因為我的place cells與grid cells比較弱。」

參考資料： 

1. O'keefe, J., & Dostrovsky, J. (1971). The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain Research,34(1), 171-175.

2. Hafting, T., Fyhn, M., Molden, S., Moser, M., & Moser, E. I. (2005). Microstructure of a spatial map in the entorhinal cortex. Nature, 436(7052), 801-806.