BRAIN / BRAIN × AI20 SEP 2026

脑科学与AI60｜大脑里的导航仪：我在哪、我朝哪、我走了多远

这一篇依据"智能的计算基础"系列第 044 篇，讲海马和它旁边的内嗅皮层怎样帮动物认路。

位置细胞说"我在哪"，头方向细胞说"我朝哪"，网格细胞说"我走了多远"。三者合起来，动物不用看地图也能在黑暗里找到回家的路、抄到没走过的近路。这套导航系统，后来很可能被大脑借去给概念、人际关系、任务步骤也画了地图。

3种

位置细胞、头方向细胞、网格细胞

六边形

网格细胞放电地点的排列

2014

O'Keefe与Moser夫妇获诺贝尔奖

第 53 篇讲过，很多思考可能发生在脑子里的一张"关系地图"上；第 58 篇讲了海马怎样按内容存取记忆。这一篇讲这张地图最原始的用途：认路。大脑里有三种细胞，分别回答三个问题——我在哪、我朝哪、我走了多远。合起来，就是一台导航仪。

地图上的指南针。大脑里有自己的指南针和地图。图片来源：Саша Алалыкин / Pexels

大脑导航的三种细胞：位置细胞在特定地点放电，头方向细胞在头朝特定方向时放电，网格细胞按六边形网格放电、记录走了多远。

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一、情景记忆：什么、在哪、什么时候

海马和导航、记忆都有关，这两件事其实是一件事。加拿大心理学家托尔文 1972 年提出"情景记忆"这个概念：对一件具体事情的记忆，包括发生了什么、在哪里、什么时候。"在哪里"是情景记忆的骨架。

动物身上也看得到：加州丛鸦能记得自己在哪藏了什么食物、什么时候藏的，坏得快的先吃。

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二、三种细胞，三个问题

—位置细胞："我在哪"。海马里的一些神经元，只在动物走到某个特定地点时放电，换个地方就安静。1971 年 O'Keefe 首先发现了它们。它们代表的是一个抽象的"位置"，而不是看到了什么、闻到了什么。

—头方向细胞："我朝哪"。它们只在动物的头朝某个特定方向时放电，和动物在哪、动不动都无关。每个细胞偏爱一个方向，整群细胞的偏好均匀铺满一圈 360 度——像一个内置的指南针。

—网格细胞："我走了多远"。2005 年，Moser 夫妇在内嗅皮层发现：一些细胞在动物走到很多个地点时都会放电，这些地点在地面上排成整齐的六边形网格。动物走动时，网格细胞像一把尺子，记录它朝某个方向走了多远。

O'Keefe 和 Moser 夫妇因为这些发现，获得了 2014 年诺贝尔生理学或医学奖（原文没有提到这一点）。

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三、合起来：一台不需要地图的导航仪

研究者合理的推测是：位置细胞的"我在哪"，是由网格细胞的"走了多远"和头方向细胞的"朝哪个方向"组合出来的。

这意味着动物可以做到：

—在黑暗里认路：看不见，也能靠"朝哪走、走了多远"一步步算出自己在哪（航位推算）；

—抄近路：知道 A 和 B 在地图上的相对位置，就能走一条从没走过的直线，而不是只会沿着走过的路线原路返回。

这正是第 53 篇说的"认知地图"最原始的形态：关系在结构里，不需要一条条背下来。

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四、从地图到思考

近十多年的研究发现，这套导航系统可能不只用于空间：

—人在想"概念之间的关系"时（比如把不同的鸟按脖子长短和腿长短排列），内嗅皮层里也出现了类似网格的活动；

—有研究者认为，人际关系、任务步骤、时间顺序，大脑都可能用同一套"地图"来组织。

这就是第 53 篇那篇论文的核心观点：大脑先学会了给空间画地图，后来把这套本事借去给抽象的东西也画地图。

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五、对照 AI

—有人在大模型里也看到了"地图"。一些研究发现，语言模型内部会把城市按地理位置、把历史事件按时间先后排列——它只读文字，却长出了一部分空间和时间结构。但这些结构靠不靠得住，还在研究。

—网格细胞在 AI 里被"重新发现"过。2018 年，DeepMind 的研究者训练一个人工网络做导航任务，网络里自己长出了类似网格细胞的单元。这说明网格这种表示，可能是"在空间里算位置"的一种很自然的解法。

—AI 的短板正好在这里。让 AI 在真实或虚拟世界里长时间找路、记住自己在哪、抄近路，至今仍不如老鼠稳定。第㊼篇说 AI 是从语言学起的，"在地图上移动"这种大脑很早就会的本事，恰恰是它要补的。

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六、边界

—网格细胞最早在大鼠身上发现，人和猴子身上也有证据，但细节不完全相同。

—"导航系统被借去组织抽象思维"是一个有影响力的假说，有支持证据，但还远没有定论。

—原文对情景记忆概念的引用标注有误（文献年份对不上），不影响内容。

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七、自测：合上文章回答

—情景记忆包括哪三个要素？

—位置细胞、头方向细胞、网格细胞，各回答什么问题？

—网格细胞的放电地点排成什么形状？

—动物为什么能抄一条没走过的近路？

—这套导航系统和"思考"可能有什么关系？

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八、三行，留着复习

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三种细胞位置细胞=我在哪（O'Keefe 1971），头方向细胞=我朝哪，网格细胞=走了多远（Moser 2005），2014诺奖

不需要地图方向+距离组合出位置；黑暗里能认路，能抄没走过的近路

从地图到思考大脑可能把空间地图借去组织概念和关系；AI模型里也长出过网格状单元

```

本篇是「脑科学 × AI」系列第60篇，药神撰写（2026-10-06），依据「智能的计算基础」第044篇（据Rolls 2023教科书）。补充了原文未提的2014年诺贝尔奖；导航系统用于抽象思维为假说。

阅读依据：「智能的计算基础」第044篇（据Rolls ET. Brain Computations and Connectivity, OUP 2023）。O'Keefe J 1971位置细胞；Hafting T, Moser MB, Moser EI et al. 2005网格细胞；2014年诺贝尔生理学或医学奖；Banino A et al. 2018人工网络中出现网格状表示。其余回引见本系列第㊼53 58篇。