果蠅大腦裡的「數位邏輯」

近來一項神經科學研究發現，果蠅的大腦導航系統中存在一種關鍵電路，能在「即時追蹤外界訊號」與「暫時儲存方向記憶」之間迅速切換，其運作方式宛如電子工程中的閂鎖器（Latch）。

果蠅雖然只有米粒大小的大腦，卻是極為靈活的飛行者。牠們能逆風追逐氣味來源，也能在複雜的環境中穩定維持航向。這種能力來自大腦中的「羅盤系統」，會持續編碼果蠅此刻面向的方向。然而，真正讓科學家困惑的問題是：大腦究竟如何決定，什麼時候要更新方向資訊、什麼時候又該把方向「固定下來」？

在電子學中，閂鎖器是一種簡單卻強大的元件。當它被打開時，輸入訊號可以自由通過；一旦閂上，狀態就會被鎖定，即使外界訊號改變，也不再更新。研究人員發現，果蠅大腦中由 hΔK 神經元與 PFG神經元組成的電路，正扮演著類似的角色。這個電路屬於一種「閘控遞迴網路」，同時具備回饋連結與可控制的開關機制。

當果蠅飛行時，這套電路可以在兩種模式之間流暢轉換。當牠感受到風向或氣味這類需要即時反應的外界線索時，hΔK 神經元會被抑制，整個系統進入「跟隨模式」。此時，PFG 神經元的活動會忠實反映來自羅盤的輸入，方向訊號隨著外界變化而即時更新，就像手機導航隨時修正你的行進方向。

但當這種抑制被解除，hΔK 神經元重新活躍時，情況就完全不同了。強大的遞迴連結開始主導整個網路，當下的神經活動狀態會被「閂住」，不再輕易受到新輸入影響。換句話說，大腦把方向暫時記住了。這種儲存不需要長期記憶的結構，卻能在瞬間穩定維持，足以支撐果蠅短時間內的導航決策。

這個發現之所以引人注目，不只是因為它解釋了果蠅如何在飛行中靈活切換策略，更因為它揭示了生物大腦與人工系統之間的深層共通性。在人工智慧中，工程師早已知道，要讓遞迴神經網路有效運作，必須加入「閘控」機制，來決定什麼時候寫入新資訊、什麼時候維持舊狀態。令人驚訝的是，演化早已在果蠅的大腦中實現了同樣的解法，而且效率極高、反應極快。

這也讓我們重新思考一件事：動物並不是單純地被動反射刺激，而是在毫秒等級的時間尺度內，主動選擇要「聽外界的話」，還是「相信自己剛剛的記憶」。這種切換能力，正是靈活行為的核心。

*使用gemini 3協助編輯文字

撰文：廖晨絜

原始論文：Lanz, A. J., Kathman, N. D., Hao, E., Ermentrout, B., & Nagel, K. I. (2025). Disinhibition of a recurrent attractor gates a persistent goal signal for navigation. bioRxiv, 2025-10. https://doi.org/10.1101/2025.10.07.681003