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2014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)被授予約翰·奧基夫（John O ?Keefe）、邁-布里特·莫澤（May‐Britt Moser）和愛(ài)德華·莫澤（ Edvard Moser）三人。他們發(fā)現(xiàn)了大腦里的“GPS”系統(tǒng)。根據(jù)諾貝爾官方網(wǎng)站（nobelprize.org）提供的信息，果殼網(wǎng)為你帶來(lái)如下解讀：

我們是怎么知道我們身在何方的？我們?cè)趺凑业綇囊粋€(gè)地方到另一個(gè)地方的路線的？我們是怎么把這些信息儲(chǔ)存下來(lái)，讓我們重返故地的時(shí)候能立刻找到路？

2014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的得獎(jiǎng)?wù)甙l(fā)現(xiàn)了大腦里的“定位系統(tǒng)”，一臺(tái)內(nèi)置的GPS，使得我們能在空間中定位自己身在何處，這表明這種高級(jí)認(rèn)知功能也有細(xì)胞級(jí)別的基礎(chǔ)。

1971年，約翰·奧基夫發(fā)現(xiàn)了這個(gè)定位系統(tǒng)的第一個(gè)成分。他發(fā)現(xiàn)，大腦海馬體里有一種神經(jīng)細(xì)胞，每當(dāng)大鼠身處屋子的某個(gè)特定地點(diǎn)的時(shí)候，這種細(xì)胞總是會(huì)被激活。其它神經(jīng)細(xì)胞則在大鼠身處其它地方的時(shí)候被激活。奧基夫的結(jié)論是，這些“位置細(xì)胞”（place cells）組成了屋子的地圖。

三十多年后，邁-布里特·莫澤和愛(ài)德華·莫澤發(fā)現(xiàn)了大腦定位系統(tǒng)的另一個(gè)關(guān)鍵成分。他們發(fā)現(xiàn)了另一種神經(jīng)細(xì)胞，命名為“網(wǎng)格細(xì)胞”（grid cells），它們組成了一個(gè)坐標(biāo)系，允許生物進(jìn)行精確的定位和尋路。他們的后續(xù)研究表明，地點(diǎn)細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞一起使得定位和導(dǎo)航成為可能。

約翰·奧基夫，邁-布里特·莫澤和愛(ài)德華·莫澤的研究回答了困擾哲學(xué)家和科學(xué)家數(shù)百年的問(wèn)題——大腦如何給周?chē)目臻g創(chuàng)造地圖，我們?nèi)绾卧趶?fù)雜的環(huán)境中尋找路線。

我們?nèi)绾胃兄覀兯诘沫h(huán)境？

人存于世，位置感和導(dǎo)航能力是不可或缺的。位置感使我們能夠感知自己在環(huán)境中所處的位置。在導(dǎo)航時(shí)，我們的位置感會(huì)與基于運(yùn)動(dòng)和對(duì)先前位置認(rèn)知所形成的距離感相互聯(lián)系起來(lái)。

關(guān)于地點(diǎn)和導(dǎo)航的問(wèn)題困擾了哲學(xué)家和科學(xué)家許久許久。200多年前，德國(guó)哲學(xué)家康德認(rèn)為一些精神能力是獨(dú)立于經(jīng)驗(yàn)的先天知識(shí)。他認(rèn)為空間概念是意識(shí)中既有的原則，人們會(huì)通過(guò)，也必須通過(guò)這些原則感知世界。

到20世紀(jì)中葉，行為科學(xué)的出現(xiàn)使得這些問(wèn)題得以通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行解答。當(dāng)愛(ài)德華·托爾曼（Edward Tolman）觀察迷宮中大鼠的運(yùn)動(dòng)時(shí)，他發(fā)現(xiàn)它們能夠?qū)W習(xí)如何導(dǎo)航，并提出它們腦中形成了一副“認(rèn)知地圖”，使它們找到自己要去的路。但問(wèn)題并未完全解決：這個(gè)“地圖”在大腦中的表征是什么？

約翰·奧基夫以及空間位置

在20世紀(jì)60年代晚期，約翰·奧基夫?qū)τ诖竽X如何控制行為和決策這一問(wèn)題十分著迷，并常試圖用神經(jīng)生理學(xué)的方式來(lái)解決這一問(wèn)題。當(dāng)他記錄在屋內(nèi)自由跑動(dòng)的大鼠的大腦海馬體內(nèi)單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)時(shí)，奧基夫發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大鼠經(jīng)過(guò)特定位置時(shí)，某些神經(jīng)細(xì)胞會(huì)被激活。他發(fā)現(xiàn)這些“位置細(xì)胞”不僅僅接受視覺(jué)信號(hào)輸入，而且還會(huì)在腦中繪制周?chē)h(huán)境的地圖。奧基夫總結(jié)道，通過(guò)在不同環(huán)境中被激活的不同的位置細(xì)胞，海馬體能生成很多地圖。因此，關(guān)于環(huán)境的記憶能以位置細(xì)胞活性的特定組合形式被存在海馬體中。

邁-布里特·莫澤和愛(ài)德華·莫澤找到了定位系統(tǒng)

邁-布里特·莫澤和愛(ài)德華·莫澤在繪制移動(dòng)中的大鼠的海馬體連接時(shí)，在附近的內(nèi)嗅皮層中發(fā)現(xiàn)了一種讓人驚異的活動(dòng)模式。當(dāng)小鼠通過(guò)六角網(wǎng)格中的某些位置時(shí)，內(nèi)嗅皮層中的某些固定的細(xì)胞會(huì)被激活。每個(gè)細(xì)胞都對(duì)應(yīng)著某個(gè)特定的空間格局，這些“網(wǎng)格細(xì)胞”共同建立出一個(gè)可以進(jìn)行空間導(dǎo)航的坐標(biāo)系統(tǒng)。它們和內(nèi)嗅皮層中其他負(fù)責(zé)辨識(shí)頭部方向和房間邊界的細(xì)胞一起，與海馬體中的位置細(xì)胞共同組成了神經(jīng)回路。這個(gè)回路系統(tǒng)在大腦中建立了一套綜合定位系統(tǒng)，一個(gè)內(nèi)置的GPS。

人類大腦里的“地圖”

根據(jù)最近的腦成像技術(shù)調(diào)查，以及對(duì)接受神經(jīng)外科手術(shù)患者的研究都顯示，位置細(xì)胞同樣存在于人體中。在早期階段阿爾茲海默氏疾病的早期階段，患者的海馬體和內(nèi)嗅皮質(zhì)經(jīng)常會(huì)受到影響，以致這些患者經(jīng)常無(wú)法辨別周邊環(huán)境并且迷路。了解大腦的位置系統(tǒng)或許可以因此幫助我們了解這種疾病如何對(duì)患者的空間記憶喪失造成影響。

這一對(duì)大腦位置系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)代表了我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)大腦特化細(xì)胞如何協(xié)同合作，并執(zhí)行更高水平的認(rèn)知功能。它為我們理解認(rèn)知過(guò)程，比如記憶、思維與計(jì)劃開(kāi)辟了新的途徑。

接下來(lái)，果殼網(wǎng)將繼續(xù)直播其他諾貝爾獎(jiǎng)獎(jiǎng)項(xiàng)的頒獎(jiǎng)并進(jìn)行解讀。（編輯：Calo）

參考文獻(xiàn)：

1. O'Keefe, J., and Dostrovsky, J. (1971). The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely‐moving rat. Brain Research 34, 171‐175.
2. O ?Keefe, J. (1976). Place units in the hippocampus of the freely moving rat. Experimental Neurology 51, 78‐109.
3. Fyhn, M., Molden, S., Witter, M.P., Moser, E.I., Moser, M.B. (2004) Spatial representation in the entorhinal cortex. Science 305, 1258‐1264.
4. Hafting, T., Fyhn, M., Molden, S., Moser, M.B., and Moser, E.I. (2005). Microstructure of spatial map in the entorhinal cortex. Nature 436, 801‐806.
5. Sargolini, F., Fyhn, M., Hafting, T., McNaughton, B.L., Witter, M.P., Moser, M.B., and Moser, E.I. (2006). Conjunctive representation of position, direction, and velocity in the entorhinal cortex. Science 312, 758‐762.

文章題圖：視頻截圖