（这个实验的主要功臣就是这种小小的果蝇）
如果您半夜起床去洗手间时，在黑暗里磕磕绊绊走了n多次，这可能就是神经元缺少参照物让我们受到的影响。
我们在记忆道路的时候会利用参照物建立方向感，那么这样的方向感究竟是怎样来的呢？这项研究就对这个有趣的问题提供了解释。
在包括人在内的许多动物中，借助于称为头部方向神经元的脑细胞，可以产生准确的方向感，这种大脑细胞通过结合两种主要信息流（视觉界标和基于自我运动的位置估计）来实现。
没有前者，我们导航甚至熟悉位置的能力也会下降。但是，只要有了视觉上的地标，例如闹钟的光芒或门的阴影，我们的内部环境图就会刷新，并且我们可以轻松地再次前进。
果蝇也发生类似的过程，果蝇使用所谓的罗盘神经元来跟踪其头部和身体的方向。在昨天（11月20日）发表在《自然》杂志上的一项新研究中，哈佛医学院（HMS）的神经科学家现在已经解码了视觉提示是如何快速重组这些罗盘神经元的活动，保持准确的方向感的。
通过追踪果蝇在虚拟现实环境中导航的单个神经元，研究人员阐明了生物能够建立其世界的空间图以及涉及短期记忆的过程的神经机制。
“当我们看指南针神经元和视觉系统之间的连接模式，我们看到，果蝇通过视觉经验改变路线。”研究的高级作者
威尔逊说：“这些变化是在几分钟内发生的，并且与我们进入新环境并进行探索时的主观体验相对应。” “对我来说，令人惊讶的是，通过研究比罂粟种子还小的大脑，我们可以洞悉诸如空间导航之类的复杂事物。”
虚拟太阳
果蝇大脑仅由大约100,000个神经元组成， 能够表现出高度复杂的行为。先前的研究表明，在导航过程中，罗盘神经元（也称为E-PG神经元）对于苍蝇感知方向的能力至关重要。
这些神经元排列成环状，就像指南针的表盘一样。随着果蝇的移动，相应的神经活动“颠簸”像罗盘针一样绕环移动–如果果蝇转动90度，那么活动颠簸也会旋转90度。
在黑暗中，由于没有视觉线索，这种“针”的准确性降低了，因为有机体只能估计自己的运动方向。但是只要有视觉提示，针头就可以重新定位，从而准确地反映出果蝇的前进方向。这一机制有点类似我们手机的跑步软件，当GPS打开，手机可以结合摇摆和位移较为准确的计算你的运动速度，而GPS信号弱时，手机就只能通过计步器估算你的速度。
为了研究视觉输入如何改变这一过程，Wilson及其团队进行了一系列实验，将虚拟现实与高性能显微镜相结合。
他们用胶水将果蝇固定在销钉上，然后将其放到泡沫聚苯乙烯泡沫塑料球上，该泡沫球无摩擦地漂浮在空气柱上。果蝇被视觉全景所环绕，其腿部移动以行走和转弯，使球旋转并精确测量了果蝇的运动。一种称为双光子显微镜的成像技术，使研究人员可以观察果蝇大脑在虚拟现实中的导航情况，从而观察果蝇大脑中单个神经元的活动。
在实验中，研究人员给果蝇提供了视觉提示——一种无法接近的亮点，可代表太阳，昆虫将其用于远距离导航。
最初，果蝇会尝试接近虚拟太阳。一段时间后，它们将以与太阳成固定角度的直线行走；如果光线移动了，果蝇就会进行补偿性转弯以返回到该固定角度，这表明它们正在注意虚拟物体并将其用于航向控制。
当研究小组观察果蝇大脑时，他们发现指针神经元的活动受到与视觉系统相关的神经元（称为R神经元）的影响。具体而言，R神经元以空间特定的方式抑制指针神经元的活动，从而重新定位了指针神经元的方位。
威尔逊说：“基本上，视觉系统的输入似乎将罗盘指针推向了未受抑制的那部分罗盘。” “这会将罗盘从错误的方向推向正确的方向。”
可塑记忆
果蝇适应后，研究人员向他们展示了第二个虚拟太阳，与第一个太阳正好相反。这导致罗盘神经元的活动时不时翻转约180度。
当第二个太阳被移走时，指针的活动是可变的-有时它将落入其原始位置（第一个虚拟太阳所在的位置），有时相反，有时，它将继续来回摆动。
威尔逊说：“这似乎使果蝇变得迷茫，或者正在改变飞行方向。”
研究人员发现，这一过程取决于罗盘神经元和R神经元的相互作用，特别是取决于突触或它们之间的连接点的抑制活性的强度。视觉系统的输入可以在几分钟的时间内重塑这些连接的功能。
因此，视觉提示可以与罗盘神经元中包含的方向表示进行交互，并改变其活动以重塑罗盘，最终改变果蝇的方向感。
威尔逊说：“对我们来说令人兴奋的是，视觉神经元到罗盘神经元的抑制性输入模式是可塑性的。” “我们可以通过给果蝇改变的虚拟现实体验来重构这种连接。”
她补充说，这可能与哺乳动物和其他生物有关。“在新环境中导航时，通常感觉需要花费几分钟来建立您所走进的社区，公园或办公室的脑内地图。这就是发生突触强度变化所需的时间。”
他们的发现，为视觉体验如何直接改变方向感应神经元的活动并改变大脑绘制其内部世界的方式提供了生物结构上的解释。
对这一过程的更好理解也为一种称为无监督学习的短期学习提供了一种启示，在这种学习中，大脑的目标是在不受奖励或惩罚影响的情况下尽可能与自身及其周围环境保持一致。
短期记忆是在“环”中编码的。如果关掉灯，它会保留其前进方向的记忆。”威尔逊说。“您可以观察到记忆随着果蝇追踪其旋转而演变，并随着时间的推移整合这些运动以更新指南针。您还可以观察到，随着时间的流逝，记忆逐渐变得越来越不准确。”
“当您重新打开灯时，指南针将跳回正确的答案。我认为，我们所有人都有过这样的经验，在黑暗中打开灯后，我们看到了熟悉的参照物，并感觉到大脑中的指南针在旋转，然后您眼中的世界也会逐渐与记忆重合。”她继续说道。“我们可以在果蝇大脑中实时观察这些动态。”
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