1、“定位细胞”构成“大脑GPS”(组图) 昨天，约翰奥基夫、梅-布里特莫泽和爱德华莫泽获得2014年诺贝尔生理学或医学奖。这三位科学家解决了大困惑我们为什么会认识回家的路。值得一提的是，梅-布里特莫泽和爱德华莫泽为第五对被授予诺贝尔奖的夫妇。诺贝尔奖评选委员会在声明中说：“我们如何知道自己在哪里？我们如何从一个地方到另一个地方？我们如何在大脑中储存信息，以便下一次能够找到相同的路径？”今年获奖者的研究成就展示了较高认知功能的细胞基础。他们发现了大脑的定位系统，即“内部的GPS”，从而使人类能够在空间中定位自我。现代快报记者 俞月花 刘峻我们如何找到回家的路长久以来，人们都为一个问题所困扰，我们如
2、何知道自己身处何处，如何找到从A到B的路线？简单说，我们为什么如此聪明，会“认识回家的路”。如果到了一个陌生的城市，你肯定离不开“导航仪”和地图，其实，大脑也有一份“地图”。南京脑科医院神经内科副主任医师刘卫国博士说，这三个科学家发现了大脑里存在一些“定位功能”细胞，帮助我们制作一份大脑地图，尽快识别道路。著名科普网站“果壳网”这样形容大脑中存在的三种“导航细胞”：“位置细胞(Place cells)” 绘制我们所处地点的地图，当他们经过某地时向我们指出所在位置。“头部方向细胞，就像一个指南针，告诉我们朝哪个方向前进。而“网格细胞(grid cells)”则通过一个类似航海中使用的经纬仪告诉我
3、们已经行进的距离。南京大学生命科学院研究脑神经系统的教授王建军告诉现代快报记者，确实可以如此理解。三位获奖者从空间定向上拿出证据，这对我们了解学习和记忆的脑机制具有重要的意义。南京大学生命科学院研究员景键告诉现代快报记者，这三位获奖科学家的研究成果就相当于发现了人脑部的GPS。他说，动物或人脑的海马及相邻区域有位置细胞、头部方向细胞和网格细胞。它们共同的作用在于定位动物和人在空间的位置。当动物或人在房间或公园内走动，特定的细胞在不同的位置就会活动，就会反映出他们在什么位置。而发现这一点，对于发现动物或人怎么确定方向确定位置很重要。刘卫国说，这些细胞通过特定的“震荡”模式，来反映一种变化，储存在
4、大脑海马区域，从而帮我们完成“GPS导航”，帮助我们认识回家的路。人物：约翰奥基夫1939年出生在美国纽约，持有美国和英国国籍。目前是伦敦大学学院神经回路与行为中心主任。关键词：位置细胞1971年，约翰奥基夫发现大脑的海马体里有一种神经细胞，当实验鼠在房间内的某一特定位置时，一部分这种细胞总是显示激活状态。而当实验鼠在房间内的其他位置时，另外一些这种细胞则显示激活状态。奥基夫认为这些是“位置细胞”，它们构成了实验鼠大脑中的地图。人物：梅-布里特莫泽爱德华莫泽梅-布里特莫泽1963年出生于挪威福斯纳沃格，挪威国籍。目前为挪威特隆赫姆神经计算中心主任。1962年出生于挪威奥勒松，挪威国籍。目前是特
5、隆赫姆系统神经科学科维理研究所的主任。关键词：网格细胞2005年，莫泽夫妇发现，当实验鼠通过某些特定位置时，位于大脑内嗅皮层的一些神经细胞被激活，他们将这种细胞称之为“网格细胞”。这些脑区构成一个六边形网格，每个网格细胞在特定的空间图式中起作用，构成一个坐标系，让精确定位与路径搜寻成为可能。关键词：脑内GPS系统“网格细胞”与内嗅皮层的其他细胞合作，识别动物头部的方向和房间的边界，并与“位置细胞”共同形成一个网络系统。这一神经回路构成了复杂的空间定位系统，就像一个大脑内的GPS系统。人脑中的这一系统似乎有与大鼠相似的结构。奖金今年诺贝尔生理学或医学奖奖金共800万瑞典克朗（约合111万美元），
6、奥基夫将获得奖金的一半，而莫泽夫妇将共享奖金的另一半。这么分配，不是因为莫泽夫妇是夫妻档，而是他们和约翰奥基夫分属同一主题下的两项研究；如果是三个人合作一项研究，那么每人各得1/3奖金。故事1984年，当时还是本科学生的莫泽和女友登上了非洲坦桑尼亚境内的乞力马扎罗山山顶，并在这里交换了订婚戒指。在博士答辩完成之前，两人便双双收到了位于伦敦的约翰奥基夫教授实验室发来的博士后研究职位邀请。1996年，莫泽夫妇意外地收到位于特罗姆瑟的挪威科技大学的助理教授职位邀请。在短短几年之内，他们便得到了欧盟研究委员会的一笔巨额资助。莫泽夫妇已经共事超过30年，结婚超过28年。他们会在早餐时间讨论这个话题，他们
7、也会在清晨的实验室会议中进行更加细致的探讨。夏天夜晚，在附近的小餐馆吃饭时，夫妻俩仍然在思考这个问题我们的大脑究竟为何能够指引我们回家？梅-布里特莫泽说：“要想走回家，首先我们必须知道自身此刻的位置，我们要去往哪里，何时拐弯，何时停下。真是难以置信，我们竟然不会迷路！”解读三位科学家各有贡献1位置细胞：自动出“地图”刘卫国告诉现代快报记者，从他查阅到的文献来说，这项研究不是一蹴而就的，三位从事基础研究的科学家，从1970年就不断开始努力了。最先取得突破的是约翰奥基夫。王建军说，约翰奥基夫首先在大鼠的海马区发现了位置细胞，他把电极记录器安置在大鼠的大脑海马区，然后让大鼠在一个它陌生的房间自由走动
8、。这时，大鼠脑中的位置细胞会根据它所在的位置而选择性地兴奋。只有当大鼠活动到房间的特定位置，特定的位置细胞才会兴奋。“这样大脑才能记住我们曾经到过哪些地方。”王建军说。有趣的是，当把这只大鼠放到另外一个新的房间时，它会自动地将新房间的“地图”绘制一遍。这样，相对有限的大脑皮层细胞就可以记住不断出现的新鲜环境了。2头部方向细胞：指南针的作用据“果壳网”资料显示，约翰奥基夫的同事们对这个发现十分高兴，但是同时，他们也意识到，除了位置细胞以外，大脑必然还存在着其他作用的“导航细胞”，比如计算距离，还有感知方向。于是他们开始有的放矢地来寻找这些细胞。之后，头部方向细胞也被一些科学家所发现。这些细胞能够
9、辨别头部朝向的方向。比如，当头部朝向北方的时候，一组细胞会兴奋；而头部转向南方时，另一组细胞兴奋。3网格细胞：确立“经纬度”光有位置定位和方向感知，还是不够的。如果在A和B位置之间有多条路线，大脑是如何知道身体行进的路径呢？这就需要后来发现的第三种“导航细胞”网格细胞。由于之前的实验一直将大鼠放在相对狭小的房间之内，位置细胞的兴奋一直掩盖了网格细胞的兴奋。直到2004年，网格细胞才被莫泽夫妇带领的小组发现。他们把大鼠安置于一个比普遍使用的实验房间规格大一倍的实验室内，成功发现了网格细胞独特的兴奋方式正三角形网格兴奋。兴奋的细胞呈正三角形分布，其作用类似于地图中经线和纬线画出的正方形格子，将环境
10、的位置标记到大脑中。简单来说，网格细胞的作用就是建立坐标系，让所有的位置信息都可以坐标化。延伸路盲要怪“定位细胞”不优秀？不少读者看到这里，就有疑问了，我总是走错路，记不住路，会不会就是这个大脑“定位细胞”不太优秀呢？王建军表示，这个是存在一定可能性的。现在已经被证实海马区具有学习和记忆功能，而路盲者很有可能就是海马区受损引发，海马区域内包括一些定位功能细胞。不过，也不能绝对说路盲就是海马区受损引起的，因为大脑是很复杂的系统，除了海马区外，还有很多其他区域共同在人的学习和记忆中发挥作用。景键说，这种能力是可以学习的。最典型的是出租车司机，开车很多年，很多复杂的路况都熟悉，有关研究发现他们的大脑海马区域就很发达。而有些人可能不太用，海马区域就不太发达。但是一些因细胞死亡的病是目前没办法治疗的。景键说，比如老年痴呆症，一般损伤最早的就是海马区，影响短期记忆，同时对位置、方向感应有影响，所以他们通常先忘记钥匙或忘记放盐，先是短期记忆受到影响，过两天连自己家人都不认识。目前，有专家推测认为，阿尔兹海默症也就是老年痴呆症等海马区退化的病人就常常会伴随迷路的症状，这可能就与三种“导航细胞”退化，以及海马区记忆功能减退有关。王建军说，三位科学家确立了理论证据后，未来对医学方面的发展也有促进。也许有一天，我们可以帮助这些患者，通过治疗战胜学习障碍性等记忆疾病。