数学家通常使用坐标系中的坐标来描述空间中的位置。但我们的大脑是如何做到这一点的呢?人们早就知道，在某些大脑区域中，手臂运动的目标是相对于我们的视线进行编码的，在其他大脑区域中，手臂运动的目标是相对于我们手的当前位置进行编码的，但无论如何，手臂运动的目标始终是相对于我们自己的身体进行编码的。但这总是适用的吗?德国灵长类动物中心 (DPZ) – 哥廷根莱布尼茨灵长类动物研究所的神经科学家研究了手臂运动的目标在灵长类动物大脑中的空间编码方式。他们训练两只恒河猴伸手触摸触摸屏上的不同目标位置，同时测量它们大脑中参与计划和执行手臂运动的神经细胞的活动。研究人员发现，同一个大脑区域，甚至同一个神经细胞，可以根据手头任务的要求，在不同的空间参考系统中编码运动的目标。神经细胞活动不仅反映目标相对于自身身体的位置，还反映目标相对于其他物体的位置。因此，空间信息的处理与大脑区域无关，而是认知需求的问题，并且可以动态调整。这些发现与神经假体的开发等相关，因为对于神经假体的控制来说，从大脑读取的信息必须在正确的空间参考系统中进行解释(《自然通讯》)。

周六晚上，在一个参加人数众多的单口派对上。服务员将一盘盘开胃菜放在客人的头顶上。我们在其中一个盘子上看到了甜甜圈，并在几秒钟内决定选择最右边的那个。但随后，女服务员短暂地从我们的视野中消失了，然后又出现在其他地方。我们的手臂怎么知道该伸手去拿甜甜圈呢?相对于我们的身体，我们最喜欢的甜甜圈在此期间改变了位置。然而，相对于放置甜甜圈的托盘，它的位置保持不变。我们的大脑可以利用这一事实吗?我们的大脑如何以及在哪里处理不同的空间信息，以便能够成功地执行有针对性的动作，比如伸手去拿甜甜圈?

如果我们想象一个空间坐标系，它的原点或零点可以与身体相关(注视方向、手、手臂、身体中心的位置)，也可以与物体相关(物体在空间中的位置、大小或方向)。到目前为止，人们一直认为，在将手指向最喜欢的甜甜圈时，只有与身体相关的参考系统在大脑的不同区域进行处理，而不是与物体相关的参考系统，并且只有与身体相关的参考系统在手臂运动规划中发挥作用。

德国灵长类动物中心感觉运动研究小组的一项研究表明，这种经典模型需要重新评估。为了找出目标导向运动规划的基础坐标系，他们训练了两只恒河猴，让它们记住触摸屏上的运动目标，以便日后可以触及它们。猴子首先在屏幕上看到一个由五个相邻的小方块组成的物体，这些小方块由一条线水平连接(上例中的“托盘”)。下一步，方块消失了，猴子看到一个目标点，它位于其中一个方块之前可见的位置，例如从右边数第二个方块(首选甜甜圈的位置)。然后点消失了，短暂的停顿后，五个方块重新出现，但在屏幕上向右移动了一点。现在要求猴子触摸它们之前看到目标点的方块，即从右边数第二个方块，尽管它在屏幕上比以前更靠右。当猴子执行任务时，测量了它们大脑中负责规划和执行目标手臂运动区域的神经细胞的活动。

“实验结果让我们感到惊讶，”这项研究的第一作者 Bahareh Taghizadeh 说道。“与预期相反，我们发现，与身体和物体相关的空间参考系统都可以在同一个大脑区域中检测到，并且这些空间参考系统也由相同的神经细胞处理，并根据认知需求进行动态调整。”研究人员在大脑的顶叶和额叶中都发现了具有这种灵活空间编码的大脑区域。

对于甜甜圈托盘而言，这意味着只要我们的大脑只处理我们想要正确的甜甜圈的信息，这就会发生在与物体相关的坐标系中，即相对于托盘，而与我们自己在空间中的位置或视线无关。然而，从我们真正计划伸手去拿糕点的那一刻起，它的位置就相对于我们自己的身体进行了编码。

这些结果不仅对我们了解大脑功能有重要意义，而且对神经假体的开发也有重要意义。神经细胞的活动决定了运动假体计划朝哪个目标运动。“如果要控制机械臂，那么有关手臂在空间中向上向右移动的位置的信息至关重要，”感觉运动研究小组和这项研究的负责人亚历山大·盖尔解释说。“正确的控制在很大程度上取决于在正确的坐标系中描述运动。”未来的研究应该阐明在这些大脑区域中，由周围空间定义的坐标系是否以及在多大程度上在人穿过房间时规划运动方面发挥作用。