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网格细胞不是简单地跟踪动物的实时位置，而是协调起来，对动物前方的空间进行快速、有节奏的扫描。
挪威科技大学（NTNU） Kavli研究所的一项突破性发现揭示了网格细胞的一种前所未知的功能，网格细胞是一种帮助大脑绘制空间地图的特殊神经元。
May-Britt和edward Moser于2005年发现了网格细胞，它为构建人体周围环境的心理地图以及在这些景观中追踪个体的精确位置奠定了基础。当我们在环境中移动时，内部地图上的网格细胞会跟随我们的移动。
但现在发现，网格细胞也会对动物前方的空间进行快速、有节奏的扫荡。这些扫描就像天线一样，让动物探测到前面的环境。这一发现重塑了我们对大脑空间导航的理解。
长期以来，科学家们一直认为，网格细胞的作用就像GPS大头针，在任何时候都能忠实地标记出一个位置。
但是Kavli研究所的研究人员发现了一个更动态的过程在起作用：网格细胞在跟踪动物的实时位置和以高度规则的模式扫描前方环境之间交替——向右扫30度，然后向左扫30度，以每秒10次的快速速度扫描。
这些有节奏的扫描创造了一种更有效的方式来锚定彼此之间的位置，提供了一个比以前想象的更丰富、适应性更强的导航系统。
研究人员Abraham Zelalem Vollan、Rich Gardner、May-Britt Moser和edward Moser在2月的《自然》杂志上发表了这一突破。
几十年来，这些扫描一直未被发现，就像被困在网格细胞数据的微小时间口袋里。
为什么会这样呢? 主要是技术的局限性。
过去的记录工具缺乏能力和时间分辨率，无法实时显示整个网格细胞群体大规模协调中的快速通量。
随着Neuropixels 2.0的引入，这种情况发生了变化。Neuropixels 2.0是一种革命性的神经技术，能够以毫秒级的精度记录成千上万的神经相互作用。
Kavli研究所之前的研究已经确定了地方感的组成部分，比如细胞类型和所涉及的神经回路。我们想弄清楚的是，大脑地图是如何实时使用的。”
了解网络中整个神经活动中发生的动态、过程和变化，可以显示大脑实际上是如何使用这种机器进行导航的。
为了确切地了解发生了什么，研究人员使用了一种称为decoding解码的方法。扫描持续125毫秒，与大脑数据中的θ波相对应。
当大鼠处于清醒状态、快速眼动睡眠或深度睡眠时，新的神经像素探测器可以记录网络中数千个细胞之间的相互作用，精确到毫秒级。
对于探测器上传的每一个大脑数据块，计算机都会解码出大鼠的网格细胞集中在哪个心理地图位置上。然后，计算机将网格细胞的心理地图位置与大鼠在物理环境中的实际位置联系起来。
利用新的神经像素探针，研究人员破译了大鼠的心理地图在导航过程中是如何动态变化的。
令他们惊讶的是，他们发现地图与大鼠的实际位置并不完全一致。相反，地图以一种非常规律的方式与大鼠的位置不同步。在毫秒时间尺度的深处，网格细胞通过一系列向外移动的网格细胞发送神经活动波，这些网格细胞为邻近的位置编码。
扫描开始时，网格细胞对大鼠在空间中的实际位置进行编码，向右扫，在扫描的最远端消失，然后在大鼠的位置重新出现，向另一边扫。
这些有节奏的扫描表明，网格细胞不仅仅是简单地确定动物的位置——它们积极地实时探索环境，不断更新其内部空间表征。
“在旧的研究数据中，整个动态被合并到我们所知道的大而胖的网格场中。当我们从大鼠自我定位的细胞活动编码中减去大量数据时，网格场变得更小更精确，”May-Britt说。
为什么网格细胞以这种特殊的方式扫描环境？为什么要有特定的角度，长度和交替的图案？
答案可能就在大自然本身。
Edvard Moser说：“一些蝙蝠利用回声定位来导航，在交替的方向上发射声波来扫描周围的环境。这种模式与网格细胞扫描的模式惊人地相似。”
他用手展示了协调的网格信号如何像聚焦的聚光灯一样从前额射出，左右交替。
扫描的时间长度可以用之前的发现来解释：我们的心理地图是甜甜圈形状的。
在这张甜甜圈形状的地图上，扫描最多可以延伸半圈，永远不会超过。通过这种方式，网格细胞避免与大脑地图的其他区域重叠”。
因此，扫描所覆盖的距离受到大脑自身甜甜圈形状规则的限制，即网格细胞如何在大脑的GPS中发挥作用。
大脑中至少有三到五个不同的网格细胞模块，对应着三到五个不同的甜甜圈形状的心理地图，每个地图的任务是覆盖不同的空间尺度。
在所有甜甜圈形状的地图上，扫描的距离都是一样的。但是，由于心理地图与不同比例的物理空间有关，因此，与生成更精确的小尺度地图的网格细胞相比，构建大尺度地图的网格细胞覆盖的物理景观距离更大。
为了解释为什么大脑更喜欢用这些狭窄的天线状扫描来扫描周围环境，Gardner建立了一个人工代理（一种基于人工智能的计算机模型）。
这个小“机器人”测试了不同的方法来绘制它所经过区域的地图，发现最优的策略遵循一个典型的人字形模式。
它得出了与大鼠大脑扫描完全相同的规律：右，左，右，呈30度角。事实证明，这种策略对于在最短的时间内以最小的重叠映射一个区域是最有效的。
Gardner说：“如果我们观察蝙蝠的回声定位，触角、胡须或我们位于头骨两侧的眼睛，我们就会发现这两个交替的角度在采样或探测空间时反复出现。”
计算机模型得出了与最佳映射完全相同的原理。
他说：“我们有理由认为，进化会让我们的感觉器官和心理机能在某种程度上利用这一原理。”
研究人员发现，当大鼠导航时，以及在快速眼动睡眠时，当大鼠没有接收到外部世界的感官输入时，它们都有扫描。
“也许它是在梦中航行，在深度睡眠状态下，大脑不产生θ波，扫描次数更少，也更不规则。这种扫描仪还会探测悬崖和墙壁，所以很明显，这种信号主要不是关于大鼠打算去哪里。”
“扫描中的矢量原理表明，扫描可能是一种构建更健壮的地图的方法。精确的扫描包含了非常系统的方向和距离信息，这可能是大脑不仅关注单个位置，而且将这些位置与周围环境联系起来的一种方式。”
Vollan说，研究结果表明，扫描可能是一种硬编码到网络中的基本机制——一种大脑算法。
Vollan补充说：“我认为我们发现的是一个重复的、刻板的过程，它不断发生在大脑的心理地图中，帮助绘制大鼠四处奔跑的环境。”
他说，这张地图可能对唤起大鼠对周围环境的记忆和创造大鼠以前没有去过的环境的新地图很重要。
这项研究是在大鼠身上进行的，但是在人类身上是否也存在类似的机制呢？
考虑到我们拥有相同的大脑结构、细胞类型和有节奏的神经过程，研究人员认为这是可能的。
“我相信你也会在人类身上发现类似的东西，”Vollan说。
“我们有相同的大脑区域，细胞类型，相同的功能，如记忆和导航，我们也有这种节奏，尽管有点弱。”所以，问题是我们是否会看到完全相同的模式？例如，人类更受视觉驱动。我们可以用我们的目光去探索远处的地方，”他说。
也许人类的扫视与个体在空间中的视线方向更密切相关。
研究人员已经在鸟类和猴子身上发现了视觉定位细胞，这些细胞会根据它们看到的地方而被激活。
所以，位置细胞不是在动物所在的地方，而是在动物注意力集中的地方。“扫描是细胞群水平上的一种基本机制，可以开始解释这种焦点，”Vollan说。
“之前，我们已经证明网格单元在空间上具有几何形状——六边形坐标系。他们在网络活动中也有一个几何体——甜甜圈。现在我们发现网格细胞在时间上也有几何形状。”
“扫描改变了我们对网格细胞和导航的看法，因为我们现在知道网格细胞不仅仅是孤立地编码当前位置，而且还将这些位置与周围的每个位置联系起来，精确地编码到心理地图中。”
许多问题仍未得到解答，Kavli的研究人员不打算在短期内放弃扫描。
“我们已经在进行几项研究，这些研究将为我们渴望发现的问题提供新的答案。”
长达七年的艰苦研究得到了香槟敬酒和在《自然》杂志上发表文章的奖励。
“我们的导师Per Andersen教导我们要一起庆祝胜利。我们把这个传统带到了Kavli研究所。”
“今天我们不仅庆祝优秀的研究，也庆祝良好的研究合作。与Rich和Abraham这样优秀、慷慨、有才华的年轻研究人员一起工作是我的荣幸。”
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