Science—神經科學重磅突破！德國慕尼黑大學團隊首次確定了鴿子大腦中響應磁刺激的神經元群體

來源：神經科學臨床和基礎

鴿子總能找到回家的路，這種非凡的導航能力一直令科學家著迷。在過去五十年中，行為學研究已證實包括鴿子在內的多種動物能感知地球磁場，但磁感的神經機制和分子基礎始終是未解之謎。

2025年11月，《科學》雜志發表了一項里程碑研究，德國慕尼黑大學團隊通過全腦活動圖譜繪制和組織透明化技術，首次確定了鴿子大腦中響應磁刺激的神經元群體。

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磁感受的生物學謎題

關于動物如何感知磁場，科學界長期存在兩種主流假說。一種認為鳥類視網膜細胞中存在量子物理效應，使它們能夠“看到”磁場。

另一種假說則猜測，鳥喙中的微小氧化鐵顆?？赡芟裎⑿椭改厢樢粯庸ぷ鳌?/p>

然而，這些假說都缺乏確鑿的神經證據。磁感受的基本問題一直懸而未決：動物體內什么結構負責檢測磁場？信息如何傳遞到大腦？哪些腦區參與處理這些信號？

研究人員意識到，解決這一難題需要一種全新的研究思路和技術手段。傳統的神經科學方法因局限于特定腦區，可能錯過關鍵的神經回路。

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全景成像的技術突破

團隊還采用了先進的組織透明化和光片顯微鏡技術，使整個鴿子大腦變得透明，從而可以精確觀察和量化被磁刺激激活的神經元位置。

實驗設計中，研究人員讓鴿子暴露在比地球磁場稍強的磁場中超過一小時。鴿子頭部被固定，磁場持續旋轉，模擬鴿子頭部相對于地球磁場的自然運動。

為確保結果可靠性，團隊還在完全黑暗的條件下重復實驗，以排除光線對磁感機制的潛在影響。

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磁感神經回路的確證

通過比較暴露于磁場的鴿子與對照組的大腦活動圖譜，研究人員發現了兩個關鍵的腦區顯示出一致的、與光無關的神經元激活。

內側前庭核表現出強烈的雙側神經激活，這一區域負責處理前庭系統傳來的信號，與平衡感和空間定向密切相關。

尾側中顳葉也顯示出顯著激活，這個腦區參與多種感覺刺激的整合處理。

這些發現表明，磁感信息首先在前庭系統中被處理，然后傳遞到更高的感覺整合中心。這一前庭-中顳葉回路很可能構成了鴿子磁感導航的神經基礎。

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內耳的電磁感應機制

團隊進一步探究了前庭系統感知磁場的具體機制。他們對鴿子半規管壺腹嵴的細胞進行了單細胞RNA測序，試圖找出潛在的磁感受細胞。

分析結果揭示了一類特殊的II型毛細胞，它們表達一種電壓門控鈣離子通道的特殊剪接受體。

這種蛋白質此前被發現在鯊魚和鰩魚的電磁感受中起關鍵作用，這些海洋生物能感知獵物產生微弱電場。

在鴿子內耳中，這些經過修飾的鈣通道蛋白形成了一個電磁感應系統。當鴿子頭部在地球磁場中移動時，半規管中充滿的液體就會像導線在磁場中運動一樣，產生微弱的電流。

研究人員通過物理計算證實，磁場刺激確實能在鴿子半規管內誘導出處于電感受系統生理范圍內的電場。

這些特殊毛細胞能檢測這些微小電流，就像海洋生物的電感受器一樣，然后將信號傳送到大腦。

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生物物理模型的驗證

基于這些發現，研究團隊提出了一個完整的磁感受模型：當地磁場與鴿子頭部的運動互動時，會在半規管中誘導出微弱的電流。

這些電流被那些表達特殊鈣通道的毛細胞檢測到，隨后將信號通過前庭神經傳遞到腦干的前庭核。

從前庭核，信息被中繼到更高的腦區，包括尾側中顳葉，在那里磁信息可能與視覺、本體感覺等其他感官信號整合，形成精確的空間地圖和導航指令。

這一模型優雅地解釋了鴿子如何通過簡單的電磁感應原理，將地球磁場轉化為神經信號，指導它們的長途導航。

鴿子內耳中的每個壺腹嵴都像一臺生物發電機，當頭部轉動時，半規管內的淋巴液流動，像導線切割磁感線一樣產生電流，被表達特殊鈣通道的毛細胞捕獲，地磁場就這樣變成了神經信號。

這一發現不僅解開了鳥類導航的奧秘，也為人類研究生物導航機制打開了新的大門。

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