我們的大腦在潛意識中建構了一個精密的表徵系統，使我們能夠在空間中定位自我，並將當下的事件與過往的記憶連結起來。從門窗的佈局、家具的擺設到書架上的書籍位置，這些環境元素都會被我們的大腦瞬間記錄下來。當我們穿過走廊走出房間時，由數百萬神經元電活動編織而成的心理地圖便會浮現於意識之中。這張地圖不僅幫助我們感知牆壁紋理的細微變化，辨識出指示我們當前位置的訊號，更能讓我們理解，穿過一道門後，我們實際上是從另一側回到了同一個房間，這揭示了走廊的循環性。在此刻，我們的大腦完成了一個閉環，將旅程起點與終點的心理表徵緊密聯繫。
一項發表於《Neuron》期刊的最新研究，首次證實了環境資訊在大腦中是以幾何形式組織的。研究人員分析了海馬迴（一個對記憶與導航至關重要的腦區）中數百個神經元的活動。在實驗中，當小鼠在迷宮中導航時，其神經元的激活模式形成了一個抽象空間中的三維圓環，代表了整個旅程的體驗。這項發現為理解大腦如何思考、記憶和定位自身提供了全新的視角。
研究進一步指出，並非所有神經元都扮演相同的角色。有些神經元專門編碼特定的感官資訊，例如地板的紋理、獎勵的存在或轉彎的方向。然而，其他神經元則利用來自更廣泛環境的資訊來組織表徵，例如相對於房間的位置或參考物體的位置，以維持穩定的定向感。這些不同的神經元群體在神經活動空間中形成平行的圓環，各自承擔不同的功能。當一切正常運作時，它們協調一致地工作，為我們的體驗提供穩定性。然而，若遇到令人迷失方向的情況，例如被原地旋轉或蒙眼移動，其他機制便會介入。在這種情況下，其中一種表徵會保持固定，如同內在的指南針，幫助維持對環境的感知，而其他神經元則會重新調整自身以反映這種變化，使我們確信自己仍然處於正確的定向狀態。
空間是我們經驗的載體，而大腦以精確的幾何形狀編碼其結構，這為理解我們的認知過程開啟了新的途徑。大腦活動的幾何學與拓撲學研究是一個新興領域，結合了數學、數據科學以及最先進的生物工程技術。透過這些技術，我們能夠根據基因特性識別不同類型神經元，例如興奮性、抑制性和多巴胺能神經元，並對其進行基因改造以表達螢光蛋白，從而能夠即時觀察和控制它們的活動。這些方法正幫助我們更深入地理解大腦如何建構其內在的導航地圖。每一項發現不僅有助於解碼記憶與定向的生物學基礎，也為神經科技、人工智能開闢了新的應用前景，甚至可能在未來用於治療阿茲海默症等神經退化性疾病，這些疾病會導致大腦地圖的退化。例如，一項研究發現，阿茲海默症的早期階段可能與抑制性神經元的損傷有關，這會引發神經迴路的異常，進而影響記憶和空間感知能力。此外，人工智能和大腦繪圖技術的結合，例如利用AI創建大腦地圖，正為理解阿茲海默症和自閉症等神經系統疾病提供新的工具和希望，並可能加速開發更有效的治療方法。