諾貝爾生理學或醫(yī)學獎揭曉 三名科學家共同獲得

John O´Keefe以及May -Britt Moser 和Edvard Moser夫婦的發(fā)現(xiàn)解答了一個困擾哲學家和科學家們長達數(shù)個世紀的謎團——大腦究竟如何創(chuàng)建一個有關(guān)自身周圍空間位置的地圖?我們又究竟如何能夠在復雜的環(huán)境中找到方向?

對位置的感知以及判斷方向的能力是我們生存的基礎(chǔ)。對位置的感知構(gòu)成我們在環(huán)境中對自身所處地點的知覺。而在行進的過程中，我們將基于運動狀態(tài)給出的距離判斷與有關(guān)先前位置的信息結(jié)合了起來。

有關(guān)位置與路徑尋找的問題長期以來困擾著哲學家和科學家們。200多年前，德國哲學家康德提出我們擁有一些所謂“先驗知識”，它們獨立于人的經(jīng)驗而存在。他將空間的概念視為思維的內(nèi)在屬性之一，這是我們感知世界的唯一的方式。隨著20世紀中葉行為心理學的發(fā)展，人們開始用試驗方法探究這些問題的答案。當Edward Tolman觀察小鼠在迷宮中的前行方式時，他發(fā)現(xiàn)小鼠可以學會如何判斷路徑，并據(jù)此提出了“認知地圖”的概念，這種認知地圖形成于大腦中，讓它們得以找到前行的路徑。但問題依然存在——這種地圖究竟如何在大腦內(nèi)形成?

約翰·奧基夫被有關(guān)大腦如何控制行為的問題深深吸引。1960年代末，他決定采用神經(jīng)生理的方法對這一問題進行研究。他對在房間內(nèi)自由跑動的小鼠大腦狀況進行觀察，在記錄小鼠大腦內(nèi)一個被稱作“海馬體”區(qū)域單個神經(jīng)細胞信號的過程中，奧基夫注意到當小鼠位于房間內(nèi)某一特定位置時，一部分神經(jīng)細胞會被激活(圖1)。他確認這些“位置細胞”并非僅僅在簡單的接收視覺信息輸入，而是在構(gòu)建一張關(guān)于周圍環(huán)境的內(nèi)部地圖。奧基夫認為海馬體會產(chǎn)生大量的地圖，這些地圖由生物所處不同環(huán)境中時，由大量神經(jīng)細胞共同作用下形成。因此，生物體對環(huán)境的記憶，可以用海馬體中神經(jīng)細胞特定激活組合的方式來進行存儲。

莫瑟爾夫婦(May-Britt 和Edvard Moser)更進一步，他們在臨近海馬體的大腦另一個名叫“內(nèi)嗅皮層”的區(qū)域有了意外發(fā)現(xiàn)。他們注意到，當小鼠經(jīng)過排列為六邊形的多個地點時，其大腦中的部分神經(jīng)細胞發(fā)生激活(圖2)。這些細胞都會對特定的空間模式做出反應，它們整體上構(gòu)成所謂“網(wǎng)格細胞”。這些細胞組成一個坐標系統(tǒng)，從而讓空間導航成為可能。內(nèi)嗅皮層區(qū)域的其他細胞能夠判斷自身頭部對準的方向以及房間的邊界位置，這些細胞都與位于海馬體內(nèi)的位置細胞相互協(xié)調(diào)，構(gòu)成一條完整的回路。這一回路系統(tǒng)構(gòu)成了一個復雜而精細的定位體系，它是我們大腦的“內(nèi)置GPS”(圖3)。

近期采用大腦成像技術(shù)進行的研究，以及對接受神經(jīng)外科手術(shù)的病患進行的研究結(jié)果，已經(jīng)提供了確鑿的證據(jù)，證明類似的位置與網(wǎng)格神經(jīng)細胞同樣存在于人類的大腦之中?；加邪柎暮ＤC合征的病患，他們大腦的海馬體以及內(nèi)嗅皮層區(qū)域常常會在患病過程的早期遭受影響，這樣的病人常常會發(fā)生迷路，并且難以識別周圍環(huán)境。對于大腦定位系統(tǒng)機制的了解或許將在未來幫助這類患者改善由于空間記憶受損而造成的困擾。 對大腦定位系統(tǒng)機制的發(fā)現(xiàn)顛覆了我們此前的認識，顯示了特定的細胞群相互協(xié)同工作如何能夠達成更加高等的認知功能。這一成果打開了理解其他認知過程的窗口，如記憶，思維以及進行規(guī)劃的能力。