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更新時間：2014-11-11 
瀏覽次數：1809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學獎頒給了三位在這方面有重要突破的科學家，約翰·奧基夫、梅-布里特·莫澤和愛德華·莫澤。 |
2014年諾貝爾獎生理學或醫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，著神經生理學界發現了大腦中自帶的定位導航系統。
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，著神經生理學界發現了大腦中自帶的定位導航系統。
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，他發現大腦中有一種“位置細胞”能夠在經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域，然后讓小鼠在一個陌生的環境里自由行動。結果發現小鼠的海馬體區域有一種特殊的神經細胞會對它所在的位置產生選擇性興奮，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境的“地圖”。
“位置細胞”的發現提示了一個充滿希望的研究方向，科學家們去尋找其他類型的與導航相關的神經細胞。幾年之后果然發現了“頭部方向細胞”，這是一種能夠識別頭部朝向的神經細胞，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“網格細胞”，其發現就要歸功于至今已經相濡以沫28年的莫澤夫婦了。2005年，莫澤夫婦在實驗時發現，在小鼠通過某一些特定位置點的時候與海馬體相鄰的內嗅皮層區域的神經細胞也會發生激活，而且這些位置點構成了一個呈六邊形的網格形狀，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物。它疊加在環境背景之上，只要小鼠經過這一六邊形上的某一點時，其對應的神經細胞就會被激活。這些被激活的細胞就是網格細胞，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境中來回穿行，隨意走動，但網格細胞可以隨時調取提供所記錄的信息，確保它不會找不到回家的路。
奧基夫發現的“位置細胞”與莫澤夫婦發現的“網格細胞”一起構成了小鼠大腦中的定位導航系統，這種系統就像大腦內置的“gps”能夠完成復雜的定位和導航任務。后來，科學家們已經在包括人類在內的很多哺乳動物身上發現了同樣的由“位置細胞”和“網格細胞”構成的定位導航系統，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。只有借助于這個定位導航系統，我們才能夠正確地了解自己所處的環境，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“網格細胞”的時候，莫澤夫婦發現這些“網格細胞”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定的結構模式：產生大小與方位相同圖形的細胞聚集在一起構成了一個獨立單元，各個單元沿著內嗅皮層上下方向分布，較大的位于下部，相鄰單元產生圖形的大小相差1.4倍，遵循著一個嚴格的數學公式。這些結構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行認知功能的，對于記憶與位置環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研究及其應用充滿期待。比如，由于“網格細胞”所在的內嗅皮層也正是阿爾茨海默綜合征患者zui先發生損害的部位之一，而病的zui初的癥狀也正是記憶喪失與無法辨識外界環境。所以人們希望通過對“網格細胞”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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