神经生物学家宋素金（Sung Soo Kim）荣获2024年麦奈特基金会学者奖

候鸟迁徙。你的猫咪结束一天的游荡后归家。蜜蜂将花粉带回蜂巢。你从公司开车回家，却不记得路上的情形。动物导航是一种基本行为，如此天生，以至于我们大多数情况下都没有意识到自己在做这件事。然而，每天多次，我们（以及周围的动物）都能准确无误地找到目标地点，无论是旧地还是新场所，从不同方向，甚至在黑暗中。

我们是怎么做到的呢？加州大学圣塔芭芭拉分校（UC Santa Barbara）神经生物学家 金成洙（Sung Soo Kim）试图解答这个问题；更准确地说，他的工作涉及绘制参与寻路导航的神经元网络图。“我的最终目标是理解大脑如何处理视觉信息并产生导航指令来移动，”他说。

凭借麦克奈特基金会（McKnight Foundation）颁发的2024年学者奖，金成洙离他的目标更近了一步。他是该组织评选出的10位杰出神经科学家之一，获得了这项声誉卓著的早期职业生涯奖，奖金为每年75,000美元，持续三年。金成洙是加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）首位获得该奖项的研究人员。

“我很荣幸获得这项奖项，”金成洙说，“它将有助于我在研究中取得实质性进展。这也给了我一个与国内顶尖科学家交流的机会。”

事实证明，动物有多种方式来收集位置信息，然后对这些信息进行解读，从而决定去哪里。有些动物依赖地标，有些依赖气味，还有些依赖地球的磁场。这些输入信息以及其他信息被转化为我们大脑中所认为的神经世界表征，以帮助我们根据目标做出导航决策。这可能是我们即使在关灯后也能在房间里行走时避开障碍物的原因。

这一切在大脑中是如何发生的呢？为了找出答案，金成洙为果蝇打造了一个虚拟现实竞技场，果蝇是一种模型生物，其大脑中约有50个“指南针神经元”排列在一个名为椭球体的环状结构外侧。这个简单的结构编码了果蝇的方向感，通过竞技场这个高度受控的环境，研究人员可以应用视觉刺激，如户外场景，模拟运动和风，并观察被束缚的果蝇大脑在虚拟场景中导航时的反应。这是根据麦克奈特基金会的说法，“研究感知、认知和运动控制的综合作用，这是系统神经科学的三个子领域，很少能在单个研究项目中结合起来。”

Photo Credit  Dustin Garner, Emil Kind   果蝇前视通路的电子显微镜图像——所有参与处理视觉信息并将其传递到果蝇大脑导航中心的神经元。指南针神经元位于中心圆形区域

在这项研究中，金成洙特别感兴趣的是那些我们无法看到但在果蝇世界中却大量存在的线索。

“人类使用许多地标，如建筑物和标志，作为导航世界的线索，”金成洙说，“对于果蝇来说，这有点不同。”他解释说，首先，果蝇偏爱垂直物体，如树木。“但更重要的是天空中光的偏振。天空中有一种非常特定的光模式，对人类来说是看不见的，但昆虫可以看到，”他说。

就像偏光太阳镜镜片过滤水平光波以减少水面或雪地上阳光反射造成的眩光，或迎面驶来的汽车前大灯的眩光一样，大气层也会过滤掉部分入射的阳光，从而形成昆虫特别敏感的图案。“偏振、光图案和刺激的颜色是昆虫用来导航的要素，”金（Kim）补充道，“我想了解这些信息是如何在视觉系统中处理的，以及它是如何传递到执行导航任务的中枢大脑的。”

金的问题的答案将极大地帮助我们基本了解动物乃至人类是如何导航的，但这些结果也可能具有一些直接的实用应用。例如，失去GPS连接的自动驾驶汽车和机器人可以切换到另一种导航模式，该模式从周围环境中收集信息，并根据这些输入来决定去向。从长远来看，这类研究还可能为阿尔茨海默病等神经疾病提供见解，这些疾病通常会影响大脑中涉及定位感的部分。

“当然，苍蝇的大脑与人类的大脑相差甚远，”金说，“但即便如此，了解导航系统的工作原理仍可能有助于我们了解在这些情况下大脑是如何以及为何出现故障的。”