| 2014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)揭曉 |
John O'Keefe
May-Britt Moser
Edvard I. Moser
北京時(shí)間10月6日下午5點(diǎn)30分，2014年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)揭曉，美國(guó)及挪威三位科學(xué)家John O'Keefe、May-Britt Moser和Edvard I. Moser獲獎(jiǎng)。獲獎(jiǎng)理由是“發(fā)現(xiàn)構(gòu)成大腦定位系統(tǒng)的細(xì)胞”。
John O'Keefe，1939年出生于美國(guó)紐約，擁有美國(guó)和英國(guó)雙重國(guó)籍。1967年他從加拿大麥吉爾大學(xué)獲得生理心理學(xué)博士學(xué)位。之后，他進(jìn)入倫敦大學(xué)學(xué)院做博后。1987年被UCL任命為認(rèn)知神經(jīng)學(xué)教授。目前仍任職于UCL。
May-Britt Moser，1963年出生于挪威福斯納瓦格，挪威公民。曾在挪威奧斯陸大學(xué)學(xué)習(xí)心理學(xué)。1995年獲得神經(jīng)生理學(xué)博士學(xué)位。2000年被挪威科技大學(xué)任命為神經(jīng)學(xué)教授。目前為挪威特隆赫姆神經(jīng)計(jì)算中心主任。
Edvard I. Moser，1962年出生于挪威奧勒松，挪威公民。1995年從挪威奧斯陸大學(xué)獲得神經(jīng)生理學(xué)博士學(xué)位。Edvard I. Moser和May-Britt Moser為夫妻。二人曾共同在愛丁堡大學(xué)做博后。1996年他加入挪威科技大學(xué)，1998年成為教授。目前為挪威特隆赫姆Kavli系統(tǒng)神經(jīng)學(xué)研究所主任。
我們?nèi)绾沃雷约荷硖幒蔚?？我們?nèi)绾握业綇腁地到B地去的路線？我們又如何將這樣的信息記下來(lái)以便于我們下次重走原路時(shí)能立馬回想起路線的？今年的諾獎(jiǎng)獲得者發(fā)現(xiàn)人類大腦內(nèi)存在著一種定位系統(tǒng)，就像是一個(gè)“內(nèi)部GPS（全球定位系統(tǒng)）”一般為我們確定空間方向，同時(shí)他們也從細(xì)胞水平上闡釋了這種高級(jí)認(rèn)知功能的原理。
1971年，John O′Keefe發(fā)現(xiàn)了這種定位系統(tǒng)的首個(gè)組成。他注意到當(dāng)大鼠身處空間的某個(gè)特定位置時(shí)，其大腦海馬體區(qū)域內(nèi)有一種神經(jīng)細(xì)胞會(huì)一直處于活躍狀態(tài)，而當(dāng)大鼠身處其他位置，其他神經(jīng)細(xì)胞則會(huì)變得活躍。O′Keefe得出結(jié)論：這些“位置細(xì)胞”可以構(gòu)成一幅空間地圖。
30多年后的2005年，May‐Britt和Edvard Moser發(fā)現(xiàn)了大腦定位系統(tǒng)的另一種關(guān)鍵組成。他們確定了另一種神經(jīng)細(xì)胞并將其稱為“網(wǎng)格細(xì)胞”，該細(xì)胞能夠構(gòu)建出坐標(biāo)系，從而便于精確定位和線路查找。他們的這項(xiàng)后續(xù)研究展現(xiàn)了位置細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞如何讓定位和導(dǎo)航成為可能。
John O′Keefe，May‐Britt Moser和Edvard Moser的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)解決了一個(gè)困擾哲學(xué)家和科學(xué)家數(shù)個(gè)世紀(jì)的問題——大腦是怎么構(gòu)造出一幅描述我們所處環(huán)境的地圖，我們又是如何在復(fù)雜環(huán)境中找到航行線路的？
我們?nèi)绾胃兄h(huán)境？
方位感知和導(dǎo)航能力是我們存在的基礎(chǔ)。方位感知讓我們對(duì)環(huán)境中的位置有了概念。而在導(dǎo)航中，這種概念又與以運(yùn)動(dòng)和方位掌握為基礎(chǔ)的距離感產(chǎn)生相互聯(lián)系。
有關(guān)方位和導(dǎo)航的疑問困擾了哲學(xué)家和科學(xué)家很長(zhǎng)時(shí)間。200多年前，德國(guó)哲學(xué)家康德就認(rèn)為，某些精神上的能力是作為一種先驗(yàn)知識(shí)，獨(dú)立于經(jīng)驗(yàn)而存在的。他覺得空間概念是思想的一種內(nèi)建原理，世界一直并且一定是通過(guò)這種原理被我們所感知的。隨著20世紀(jì)中期行為生理學(xué)的出現(xiàn)，這些疑問可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到解決。當(dāng)Edward Tolman研究在迷宮中移動(dòng)的大鼠時(shí)，他發(fā)現(xiàn)它們可以學(xué)會(huì)導(dǎo)航，他猜想大鼠的大腦一定是形成了一幅“認(rèn)知地圖”從而找到走出迷宮的路。但是問題仍舊——這樣的地圖怎么會(huì)存在大腦中的？
John O′Keefe和空間位置
John O′Keefe曾著迷于研究大腦如何控制行為的問題。在上個(gè)世紀(jì)60年代后期，他決定用神經(jīng)生理學(xué)方法來(lái)解決這個(gè)問題。他嘗試通過(guò)儀器捕捉在某個(gè)房間里自由移動(dòng)的大鼠其大腦海馬體中的個(gè)別神經(jīng)細(xì)胞發(fā)出的信號(hào)，他注意到當(dāng)大鼠處在某一特殊位置時(shí)，有一種神經(jīng)細(xì)胞會(huì)變得活躍。他通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種“位置細(xì)胞”并不只是從視覺上記住，而且會(huì)構(gòu)造出一幅所處環(huán)境的內(nèi)在地圖。O′Keefe得出結(jié)論認(rèn)為：在處于不同環(huán)境中被激活的這些位置細(xì)胞的共同作用下，海馬體可以構(gòu)造出很多地圖。因此，大腦對(duì)環(huán)境的記憶通過(guò)位置細(xì)胞活動(dòng)的特定組合的方式儲(chǔ)存在海馬體中。
May-Britt和Edvard Moser發(fā)現(xiàn)了協(xié)調(diào)機(jī)制
May-Britt和Edvard Moser在繪制大鼠腦海馬區(qū)的連接時(shí)，在鄰近的內(nèi)嗅皮層區(qū)域發(fā)現(xiàn)了驚人的活動(dòng)模式。在這個(gè)區(qū)域，當(dāng)大鼠穿過(guò)六邊形網(wǎng)格里的多個(gè)地點(diǎn)時(shí)，特定的細(xì)胞被激活（圖2）。每個(gè)這樣的細(xì)胞被特定的空間模式激活，這樣的“網(wǎng)格細(xì)胞”構(gòu)成了一個(gè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)，促發(fā)空間運(yùn)動(dòng)。加上內(nèi)嗅皮層區(qū)域其他能夠識(shí)別頭部方向和房間邊界的細(xì)胞一起，它們?cè)诤ｑR區(qū)形成了回路。這一回路在大腦中構(gòu)成了一個(gè)廣泛的定位系統(tǒng)，一個(gè)內(nèi)部的GPS。
人類大腦中的地圖
近來(lái)，腦成像系統(tǒng)的進(jìn)展，以及對(duì)進(jìn)行神經(jīng)外科手術(shù)病人的研究，顯示了網(wǎng)格細(xì)胞也存在于人腦中。在早老性癡呆病人身上，海馬區(qū)和內(nèi)嗅皮層經(jīng)常早期就受到感染，這些患者經(jīng)常迷路，無(wú)法識(shí)別周圍環(huán)境。因此，對(duì)大腦定位系統(tǒng)的研究有助于我們理解病患空間記憶喪失背后的機(jī)制。
發(fā)現(xiàn)大腦定位系統(tǒng)對(duì)于我們理解特能化細(xì)胞群工作機(jī)制來(lái)說(shuō)，是一個(gè)范式轉(zhuǎn)變。它為理解其他認(rèn)知過(guò)程，比如記憶、思考、計(jì)劃等，開辟了新的途徑。
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