2014年諾貝爾獎生理學或醫(yī)學獎頒給了三位在這方面有重要突破的科學家，他們是英國倫敦大學學院的約翰·奧基夫（johno'keefe，1939-）、挪威的梅-布里特·莫澤（may-brittmoser，1963-）和愛德華·莫澤（edvardmoser，1962-）。他們的工作揭示了大腦在定位和導航方面的重大秘密，著神經(jīng)生理學界發(fā)現(xiàn)了大腦中自帶的定位導航系統(tǒng)。

大腦是人體zui重要的也是zui神秘的器官，感知位置和導航的能力是大腦zui基本的功能之一，可大腦究竟是如何做到這一點的，長期以來一直是科學家試圖搞清楚的問題。2014年諾貝爾獎生理學或醫(yī)學獎頒給了三位在這方面有重要突破的科學家，他們是英國倫敦大學學院的約翰·奧基夫（johno'keefe，1939-）、挪威的梅-布里特·莫澤（may-brittmoser，1963-）和愛德華·莫澤（edvardmoser，1962-）。他們的工作揭示了大腦在定位和導航方面的重大秘密，著神經(jīng)生理學界發(fā)現(xiàn)了大腦中自帶的定位導航系統(tǒng)。

這世上有些事情看似很簡單，細想一下卻可能很是深奧，比如我們回家，我們的大腦究竟是如何做到讓我們順利地回家的？因為要想走回家，有許多需要處理的事項：需要知道此刻自身所在的位置，需要知道家在哪里，需要確定往哪兒走，何時拐彎，何時停下……在這個過程中，大腦是如何感知身處何地的？大腦是如何選定從一個地點到另一個地點路線的？大腦又是如何將這些信息儲存起來以便用于下次引路的？給人們留下了許多謎團，一旦破了這些謎團，也就弄清了大腦定位和導航的機制了。

解*個謎團的人是奧基夫，他發(fā)現(xiàn)大腦中有一種“位置細胞”能夠在經(jīng)過某些地方時指出所在位置。那是1970年，奧基夫和他的團隊在做一個實驗。他們把電極記錄器安置在小鼠大腦的海馬體區(qū)域，然后讓小鼠在一個陌生的環(huán)境里自由行動。結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠的海馬體區(qū)域有一種特殊的神經(jīng)細胞會對它所在的位置產(chǎn)生選擇性興奮，比如當小鼠靠近一個輪子，或是到達門前的位置時才會被激活。這種特殊的神經(jīng)細胞就是“位置細胞”，它以選擇性激活的方式賦予那些特定的位置以特殊的標識，讓大腦能夠記住身體曾經(jīng)到過的那些地方，于是在小鼠的腦中形成了一幅關于周邊環(huán)境的“地圖”。

“位置細胞”的發(fā)現(xiàn)提示了一個充滿希望的研究方向，科學家們?nèi)ふ移渌愋偷呐c導航相關的神經(jīng)細胞。幾年之后果然發(fā)現(xiàn)了“頭部方向細胞”，這是一種能夠識別頭部朝向的神經(jīng)細胞，它通過選擇性興奮來標識方向。比如：當頭部朝向東方的時候，一組細胞會興奮；而頭部轉(zhuǎn)向西方時，則是另一組細胞興奮。“頭部方向細胞”就以這樣的方式為身體指示前進的方向。

而對于導航能力極為關鍵的“網(wǎng)格細胞”，其發(fā)現(xiàn)就要歸功于至今已經(jīng)相濡以沫28年的莫澤夫婦了。2005年，莫澤夫婦在實驗時發(fā)現(xiàn)，在小鼠通過某一些特定位置點的時候與海馬體相鄰的內(nèi)嗅皮層區(qū)域的神經(jīng)細胞也會發(fā)生激活，而且這些位置點構(gòu)成了一個呈六邊形的網(wǎng)格形狀，很像中國跳棋的棋盤。可是小鼠活動的地方并沒有六邊形存在，因此這一形狀只是小鼠大腦的產(chǎn)物。它疊加在環(huán)境背景之上，只要小鼠經(jīng)過這一六邊形上的某一點時，其對應的神經(jīng)細胞就會被激活。這些被激活的細胞就是網(wǎng)格細胞，它們建立起一種空間表象，起到了建立坐標系的作用，記錄下所有在移動中產(chǎn)生的位置信息，記錄下身體行進通過的路徑。這樣一來，盡管小鼠在陌生的環(huán)境中來回穿行，隨意走動，但網(wǎng)格細胞可以隨時調(diào)取提供所記錄的信息，確保它不會找不到回家的路。

奧基夫發(fā)現(xiàn)的“位置細胞”與莫澤夫婦發(fā)現(xiàn)的“網(wǎng)格細胞”一起構(gòu)成了小鼠大腦中的定位導航系統(tǒng)，這種系統(tǒng)就像大腦內(nèi)置的“gps”能夠完成復雜的定位和導航任務。后來，科學家們已經(jīng)在包括人類在內(nèi)的很多哺乳動物身上發(fā)現(xiàn)了同樣的由“位置細胞”和“網(wǎng)格細胞”構(gòu)成的定位導航系統(tǒng)，也就是說，我們能夠順利找到回家的路同樣需要依賴我們大腦中的這套系統(tǒng)。只有借助于這個定位導航系統(tǒng)，我們才能夠正確地了解自己所處的環(huán)境，才能夠恰當處理自己與周圍物體的關系，才能夠在復雜的環(huán)境中識別、記憶并辨別方向，才能夠具有良好的空間能力。

另外，在研究大腦的定位、導航機制的同時，也揭示了大腦認知過程中的其他一些奧秘。就在研究“網(wǎng)格細胞”的時候，莫澤夫婦發(fā)現(xiàn)這些“網(wǎng)格細胞”形式豐富，形成的圖形有著大小的差異，有著方位的不同。盡管如此，它們卻具有復雜而穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)模式：產(chǎn)生大小與方位相同圖形的細胞聚集在一起構(gòu)成了一個獨立單元，各個單元沿著內(nèi)嗅皮層上下方向分布，較大的位于下部，相鄰單元產(chǎn)生圖形的大小相差1.4倍，遵循著一個嚴格的數(shù)學公式。這些結(jié)構(gòu)的存在似乎在提醒人們注意大腦細胞是作為一個整體來執(zhí)行認知功能的，對于記憶與位置環(huán)境之間的關系需要進行更為深入的研究，從而開辟了人類研究記憶、思考等認知過程的新途徑。

我們的大腦有著太多的未知，因此人們對于這一領域的后續(xù)研究及其應用充滿期待。比如，由于“網(wǎng)格細胞”所在的內(nèi)嗅皮層也正是阿爾茨海默綜合征患者zui先發(fā)生損害的部位之一，而病的zui初的癥狀也正是記憶喪失與無法辨識外界環(huán)境。所以人們希望通過對“網(wǎng)格細胞”深入研究，理解人類大腦空間記憶的中樞機制，找出記憶的喪失現(xiàn)象的原因，找到預防和治療阿爾茨海默綜合征這類腦部疾病的辦法。我們相信在不遠的將來，科學家們對于大腦的研究成果就會直接造福于人類社會。

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