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昨天，約翰·奧基夫、梅-布里特·莫澤和愛德華·莫澤獲得2014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。這三位科學(xué)家解決了大困惑—我們?yōu)槭裁磿?huì)認(rèn)識(shí)回家的路。值得一提的是，梅-布里特·莫澤和愛德華·莫澤為第五對(duì)被授予諾貝爾獎(jiǎng)的夫婦。
諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)在聲明中說：“我們?nèi)绾沃雷约涸谀睦铮课覀內(nèi)绾螐囊粋�(gè)地方到另一個(gè)地方？我們?nèi)绾卧诖竽X中儲(chǔ)存信息，以便下一次能夠找到相同的路徑？”今年獲獎(jiǎng)?wù)叩难芯砍删驼故玖溯^高認(rèn)知功能的細(xì)胞基礎(chǔ)。他們發(fā)現(xiàn)了大腦的定位系統(tǒng)，即“內(nèi)部的GPS”，從而使人類能夠在空間中定位自我。
現(xiàn)代快報(bào)記者 俞月花 劉峻
我們?nèi)绾握业交丶业穆?BR>
長(zhǎng)久以來，人們都為一個(gè)問題所困擾，我們?nèi)绾沃雷约荷硖幒翁�，如何找到從A到B的路線？簡(jiǎn)單說，我們?yōu)槭裁慈绱寺斆鳎瑫?huì)“認(rèn)識(shí)回家的路”。
如果到了一個(gè)陌生的城市，你肯定離不開“導(dǎo)航儀”和地圖，其實(shí)，大腦也有一份“地圖”。南京腦科醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科副主任醫(yī)師劉衛(wèi)國(guó)博士說，這三個(gè)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了大腦里存在一些“定位功能”細(xì)胞，幫助我們制作一份大腦地圖，盡快識(shí)別道路。
著名科普網(wǎng)站“果殼網(wǎng)”這樣形容大腦中存在的三種“導(dǎo)航細(xì)胞”：“位置細(xì)胞(Place cells)” 繪制我們所處地點(diǎn)的地圖，當(dāng)他們經(jīng)過某地時(shí)向我們指出所在位置。“頭部方向細(xì)胞，就像一個(gè)指南針，告訴我們朝哪個(gè)方向前進(jìn)。而“網(wǎng)格細(xì)胞(grid cells)”則通過一個(gè)類似航海中使用的經(jīng)緯儀告訴我們已經(jīng)行進(jìn)的距離。
南京大學(xué)生命科學(xué)院研究腦神經(jīng)系統(tǒng)的教授王建軍告訴現(xiàn)代快報(bào)記者，確實(shí)可以如此理解。三位獲獎(jiǎng)?wù)邚目臻g定向上拿出證據(jù)，這對(duì)我們了解學(xué)習(xí)和記憶的腦機(jī)制具有重要的意義。
南京大學(xué)生命科學(xué)院研究員景鍵告訴現(xiàn)代快報(bào)記者，這三位獲獎(jiǎng)科學(xué)家的研究成果就相當(dāng)于發(fā)現(xiàn)了人腦部的GPS。他說，動(dòng)物或人腦的海馬及相鄰區(qū)域有位置細(xì)胞、頭部方向細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞。它們共同的作用在于定位動(dòng)物和人在空間的位置。當(dāng)動(dòng)物或人在房間或公園內(nèi)走動(dòng)，特定的細(xì)胞在不同的位置就會(huì)活動(dòng)，就會(huì)反映出他們?cè)谑裁次恢�。而發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)，對(duì)于發(fā)現(xiàn)動(dòng)物或人怎么確定方向確定位置很重要。
劉衛(wèi)國(guó)說，這些細(xì)胞通過特定的“震蕩”模式，來反映一種變化，儲(chǔ)存在大腦海馬區(qū)域，從而幫我們完成“GPS導(dǎo)航”，幫助我們認(rèn)識(shí)回家的路。
人物：約翰·奧基夫
1939年出生在美國(guó)紐約，持有美國(guó)和英國(guó)國(guó)籍。目前是倫敦大學(xué)學(xué)院神經(jīng)回路與行為中心主任。
關(guān)鍵詞：位置細(xì)胞
1971年，約翰·奧基夫發(fā)現(xiàn)大腦的海馬體里有一種神經(jīng)細(xì)胞，當(dāng)實(shí)驗(yàn)鼠在房間內(nèi)的某一特定位置時(shí)，一部分這種細(xì)胞總是顯示激活狀態(tài)。而當(dāng)實(shí)驗(yàn)鼠在房間內(nèi)的其他位置時(shí)，另外一些這種細(xì)胞則顯示激活狀態(tài)。奧基夫認(rèn)為這些是“位置細(xì)胞”，它們構(gòu)成了實(shí)驗(yàn)鼠大腦中的地圖。
人物：梅-布里特·莫澤
愛德華·莫澤
梅-布里特·莫澤1963年出生于挪威福斯納沃格，挪威國(guó)籍。目前為挪威特隆赫姆神經(jīng)計(jì)算中心主任。
愛德華·莫澤1962年出生于挪威奧勒松，挪威國(guó)籍。目前是特隆赫姆系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)科維理研究所的主任。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)格細(xì)胞
2005年，莫澤夫婦發(fā)現(xiàn)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)鼠通過某些特定位置時(shí)，位于大腦內(nèi)嗅皮層的一些神經(jīng)細(xì)胞被激活，他們將這種細(xì)胞稱之為“網(wǎng)格細(xì)胞”。這些腦區(qū)構(gòu)成一個(gè)六邊形網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格細(xì)胞在特定的空間圖式中起作用，構(gòu)成一個(gè)坐標(biāo)系，讓精確定位與路徑搜尋成為可能。
關(guān)鍵詞：腦內(nèi)GPS系統(tǒng)
“網(wǎng)格細(xì)胞”與內(nèi)嗅皮層的其他細(xì)胞合作，識(shí)別動(dòng)物頭部的方向和房間的邊界，并與“位置細(xì)胞”共同形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這一神經(jīng)回路構(gòu)成了復(fù)雜的空間定位系統(tǒng)，就像一個(gè)大腦內(nèi)的GPS系統(tǒng)。人腦中的這一系統(tǒng)似乎有與大鼠相似的結(jié)構(gòu)。
獎(jiǎng) 金
今年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)金共800萬瑞典克朗（約合111萬美元），奧基夫?qū)@得獎(jiǎng)金的一半，而莫澤夫婦將共享獎(jiǎng)金的另一半。
這么分配，不是因?yàn)槟獫煞驄D是夫妻檔，而是他們和約翰·奧基夫分屬同一主題下的兩項(xiàng)研究；如果是三個(gè)人合作一項(xiàng)研究，那么每人各得1/3獎(jiǎng)金。
故 事
1984年，當(dāng)時(shí)還是本科學(xué)生的莫澤和女友登上了非洲坦桑尼亞境內(nèi)的乞力馬扎羅山山頂，并在這里交換了訂婚戒指。在博士答辯完成之前，兩人便雙雙收到了位于倫敦的約翰·奧基夫教授實(shí)驗(yàn)室發(fā)來的博士后研究職位邀請(qǐng)。1996年，莫澤夫婦意外地收到位于特羅姆瑟的挪威科技大學(xué)的助理教授職位邀請(qǐng)。在短短幾年之內(nèi)，他們便得到了歐盟研究委員會(huì)的一筆巨額資助。
莫澤夫婦已經(jīng)共事超過30年，結(jié)婚超過28年。他們會(huì)在早餐時(shí)間討論這個(gè)話題，他們也會(huì)在清晨的實(shí)驗(yàn)室會(huì)議中進(jìn)行更加細(xì)致的探討。夏天夜晚，在附近的小餐館吃飯時(shí)，夫妻倆仍然在思考這個(gè)問題—我們的大腦究竟為何能夠指引我們回家？梅-布里特·莫澤說：“要想走回家，首先我們必須知道自身此刻的位置，我們要去往哪里，何時(shí)拐彎，何時(shí)停下。真是難以置信，我們竟然不會(huì)迷路！”
解讀
三位科學(xué)家各有貢獻(xiàn)
1
位置細(xì)胞：自動(dòng)出“地圖”
劉衛(wèi)國(guó)告訴現(xiàn)代快報(bào)記者，從他查閱到的文獻(xiàn)來說，這項(xiàng)研究不是一蹴而就的，三位從事基礎(chǔ)研究的科學(xué)家，從1970年就不斷開始努力了。
最先取得突破的是約翰·奧基夫。王建軍說，約翰·奧基夫首先在大鼠的海馬區(qū)發(fā)現(xiàn)了位置細(xì)胞，他把電極記錄器安置在大鼠的大腦海馬區(qū)，然后讓大鼠在一個(gè)它陌生的房間自由走動(dòng)。這時(shí)，大鼠腦中的位置細(xì)胞會(huì)根據(jù)它所在的位置而選擇性地興奮。只有當(dāng)大鼠活動(dòng)到房間的特定位置，特定的位置細(xì)胞才會(huì)興奮。
“這樣大腦才能記住我們?cè)?jīng)到過哪些地方�！蓖踅ㄜ娬f。有趣的是，當(dāng)把這只大鼠放到另外一個(gè)新的房間時(shí)，它會(huì)自動(dòng)地將新房間的“地圖”繪制一遍。這樣，相對(duì)有限的大腦皮層細(xì)胞就可以記住不斷出現(xiàn)的新鮮環(huán)境了。
2
頭部方向細(xì)胞：指南針的作用
據(jù)“果殼網(wǎng)”資料顯示，約翰·奧基夫的同事們對(duì)這個(gè)發(fā)現(xiàn)十分高興，但是同時(shí)，他們也意識(shí)到，除了位置細(xì)胞以外，大腦必然還存在著其他作用的“導(dǎo)航細(xì)胞”，比如計(jì)算距離，還有感知方向。于是他們開始有的放矢地來尋找這些細(xì)胞。之后，頭部方向細(xì)胞也被一些科學(xué)家所發(fā)現(xiàn)。這些細(xì)胞能夠辨別頭部朝向的方向。比如，當(dāng)頭部朝向北方的時(shí)候，一組細(xì)胞會(huì)興奮；而頭部轉(zhuǎn)向南方時(shí)，另一組細(xì)胞興奮。
3
網(wǎng)格細(xì)胞：確立“經(jīng)緯度”
光有位置定位和方向感知，還是不夠的。如果在A和B位置之間有多條路線，大腦是如何知道身體行進(jìn)的路徑呢？這就需要后來發(fā)現(xiàn)的第三種“導(dǎo)航細(xì)胞”—網(wǎng)格細(xì)胞。
由于之前的實(shí)驗(yàn)一直將大鼠放在相對(duì)狹小的房間之內(nèi)，位置細(xì)胞的興奮一直掩蓋了網(wǎng)格細(xì)胞的興奮。直到2004年，網(wǎng)格細(xì)胞才被莫澤夫婦帶領(lǐng)的小組發(fā)現(xiàn)。他們把大鼠安置于一個(gè)比普遍使用的實(shí)驗(yàn)房間規(guī)格大一倍的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，成功發(fā)現(xiàn)了網(wǎng)格細(xì)胞獨(dú)特的興奮方式—正三角形網(wǎng)格興奮。興奮的細(xì)胞呈正三角形分布，其作用類似于地圖中經(jīng)線和緯線畫出的正方形格子，將環(huán)境的位置標(biāo)記到大腦中。
簡(jiǎn)單來說，網(wǎng)格細(xì)胞的作用就是建立坐標(biāo)系，讓所有的位置信息都可以坐標(biāo)化。
延伸
路盲要怪
“定位細(xì)胞”不優(yōu)秀？
不少讀者看到這里，就有疑問了，我總是走錯(cuò)路，記不住路，會(huì)不會(huì)就是這個(gè)大腦“定位細(xì)胞”不太優(yōu)秀呢？
王建軍表示，這個(gè)是存在一定可能性的�，F(xiàn)在已經(jīng)被證實(shí)海馬區(qū)具有學(xué)習(xí)和記憶功能，而路盲者很有可能就是海馬區(qū)受損引發(fā)，海馬區(qū)域內(nèi)包括一些定位功能細(xì)胞。不過，也不能絕對(duì)說路盲就是海馬區(qū)受損引起的，因?yàn)榇竽X是很復(fù)雜的系統(tǒng)，除了海馬區(qū)外，還有很多其他區(qū)域共同在人的學(xué)習(xí)和記憶中發(fā)揮作用。
景鍵說，這種能力是可以學(xué)習(xí)的。最典型的是出租車司機(jī)，開車很多年，很多復(fù)雜的路況都熟悉，有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)他們的大腦海馬區(qū)域就很發(fā)達(dá)。而有些人可能不太用，海馬區(qū)域就不太發(fā)達(dá)。
但是一些因細(xì)胞死亡的病是目前沒辦法治療的。景鍵說，比如老年癡呆癥，一般損傷最早的就是海馬區(qū)，影響短期記憶，同時(shí)對(duì)位置、方向感應(yīng)有影響，所以他們通常先忘記鑰匙或忘記放鹽，先是短期記憶受到影響，過兩天連自己家人都不認(rèn)識(shí)。
目前，有專家推測(cè)認(rèn)為，阿爾茲海默癥也就是老年癡呆癥等海馬區(qū)退化的病人就常常會(huì)伴隨迷路的癥狀，這可能就與三種“導(dǎo)航細(xì)胞”退化，以及海馬區(qū)記憶功能減退有關(guān)。
王建軍說，三位科學(xué)家確立了理論證據(jù)后，未來對(duì)醫(yī)學(xué)方面的發(fā)展也有促進(jìn)。也許有一天，我們可以幫助這些患者，通過治療戰(zhàn)勝學(xué)習(xí)障礙性等記憶疾病。
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