我们的大脑在潜意识中构建了一个表征系统，使我们能够定位自身于空间，并将当前事件与过往记忆联系起来。窗户、门、家具布局以及书籍摆放等元素都会被我们的大脑瞬间记录下来。
当我们穿过走廊走出房间时，一个由数百个神经元电活动交织而成的心理地图便会浮现在我们的意识中。这张地图帮助我们感知墙壁纹理的变化，识别出指示我们位置的信号，并认识到穿过一扇门后，我们实际上是从另一侧回到了同一个房间，这揭示了走廊是圆形的。在这一刻，我们的大脑完成了一个闭环，将旅程起点和终点的心理表征连接起来。
发表在《神经元》杂志上的一项最新研究首次证明，关于我们环境的信息在大脑中是以几何方式组织的。研究人员分析了海马体——一个对记忆和导航至关重要的区域——中数百个神经元的活动。在房间和走廊的例子中，这种表征呈现为三维环形。每当小鼠在迷宫中导航时，其神经元会沿着一个轨迹激活，该轨迹在一个抽象空间中完成一个完整的圆，代表整个旅程体验的环。
并非所有神经元都发挥同等作用。有些神经元编码非常具体的感官信息，例如地板纹理、奖励的存在或转弯方向。而另一些神经元则记录并利用外部信息来组织表征，它们依赖于更广泛环境的信号，如相对于房间的位置或参考物的位置，以维持稳定的方向感。这些不同的神经元群体在神经活动空间中形成平行的环，但服务于不同的功能。当一切正常运行时，它们协同工作，为体验提供稳定性。然而，如果有什么东西让我们迷失方向，比如被原地旋转或蒙住眼睛并被带到别处，其他机制就会发挥作用。在这种情况下，其中一个表征会保持固定，充当内部指南针，帮助维持对环境的感知。其他神经元则会重新调整自身以表征这种变化。这种心理上的重新调整让我们确信自己是有方向感的。
空间是我们体验的通常载体。了解大脑如何用精确的几何形状对其结构进行编码，为理解我们的思维、记忆和定位方式开辟了新的途径。大脑活动几何学和拓扑学的研究是一个新兴领域，它将数学和数据科学与应用于大脑研究的最先进的生物工程工具相结合。如今，我们可以根据基因谱识别神经元亚型，例如兴奋性、抑制性和产生多巴胺的神经元，并对其进行修饰以表达荧光蛋白，从而能够实时可视化和控制它们的活动。这些方法正使我们能够更深入地理解大脑如何构建其内部地图。每一项发现不仅有助于我们破译记忆和方向感的生物学基础，也为神经技术、人工智能开辟了新的应用途径，并可能在未来用于治疗这些地图退化的神经系统疾病，如阿尔茨海默病。