作者:张笑 梅进 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2014/10/6 17:31:37
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2014年诺贝尔生理学或医学奖揭晓

John O'Keefe

May-Britt Moser

Edvard I. Moser

北京时间10月6日下午5点30分,2014年诺贝尔生理学或医学奖揭晓,美国及挪威三位科学家John O'Keefe、May-Britt Moser和Edvard I. Moser获奖。获奖理由是“发现构成大脑定位系统的细胞”。 

John O'Keefe,1939年出生于美国纽约,拥有美国和英国双重国籍。1967年他从加拿大麦吉尔大学获得生理心理学博士学位。之后,他进入伦敦大学学院做博后。1987年被UCL任命为认知神经学教授。目前仍任职于UCL。

May-Britt Moser,1963年出生于挪威福斯纳瓦格,挪威公民。曾在挪威奥斯陆大学学习心理学。1995年获得神经生理学博士学位。2000年被挪威科技大学任命为神经学教授。目前为挪威特隆赫姆神经计算中心主任。

Edvard I. Moser,1962年出生于挪威奥勒松,挪威公民。1995年从挪威奥斯陆大学获得神经生理学博士学位。Edvard I. Moser和May-Britt Moser为夫妻。二人曾共同在爱丁堡大学做博后。1996年他加入挪威科技大学,1998年成为教授。目前为挪威特隆赫姆Kavli系统神经学研究所主任。

我们如何知道自己身处何地?我们如何找到从A地到B地去的路线?我们又如何将这样的信息记下来以便于我们下次重走原路时能立马回想起路线的?今年的诺奖获得者发现人类大脑内存在着一种定位系统,就像是一个“内部GPS(全球定位系统)”一般为我们确定空间方向,同时他们也从细胞水平上阐释了这种高级认知功能的原理。

1971年,John O´Keefe发现了这种定位系统的首个组成。他注意到当大鼠身处空间的某个特定位置时,其大脑海马体区域内有一种神经细胞会一直处于活跃状态,而当大鼠身处其他位置,其他神经细胞则会变得活跃。O´Keefe得出结论:这些“位置细胞”可以构成一幅空间地图。

30多年后的2005年,May‐Britt和Edvard Moser发现了大脑定位系统的另一种关键组成。他们确定了另一种神经细胞并将其称为“网格细胞”,该细胞能够构建出坐标系,从而便于精确定位和线路查找。他们的这项后续研究展现了位置细胞和网格细胞如何让定位和导航成为可能。

John O´Keefe,May‐Britt Moser和Edvard Moser的这项发现解决了一个困扰哲学家和科学家数个世纪的问题——大脑是怎么构造出一幅描述我们所处环境的地图,我们又是如何在复杂环境中找到航行线路的?

我们如何感知环境?

方位感知和导航能力是我们存在的基础。方位感知让我们对环境中的位置有了概念。而在导航中,这种概念又与以运动和方位掌握为基础的距离感产生相互联系。

有关方位和导航的疑问困扰了哲学家和科学家很长时间。200多年前,德国哲学家康德就认为,某些精神上的能力是作为一种先验知识,独立于经验而存在的。他觉得空间概念是思想的一种内建原理,世界一直并且一定是通过这种原理被我们所感知的。随着20世纪中期行为生理学的出现,这些疑问可以通过实验得到解决。当Edward Tolman研究在迷宫中移动的大鼠时,他发现它们可以学会导航,他猜想大鼠的大脑一定是形成了一幅“认知地图”从而找到走出迷宫的路。但是问题仍旧——这样的地图怎么会存在大脑中的?

John O´Keefe和空间位置

John O´Keefe曾着迷于研究大脑如何控制行为的问题。在上个世纪60年代后期,他决定用神经生理学方法来解决这个问题。他尝试通过仪器捕捉在某个房间里自由移动的大鼠其大脑海马体中的个别神经细胞发出的信号,他注意到当大鼠处在某一特殊位置时,有一种神经细胞会变得活跃。他通过实验发现这种“位置细胞”并不只是从视觉上记住,而且会构造出一幅所处环境的内在地图。O´Keefe得出结论认为:在处于不同环境中被激活的这些位置细胞的共同作用下,海马体可以构造出很多地图。因此,大脑对环境的记忆通过位置细胞活动的特定组合的方式储存在海马体中。

May-Britt和Edvard Moser发现了协调机制

May-Britt和Edvard Moser在绘制大鼠脑海马区的连接时,在邻近的内嗅皮层区域发现了惊人的活动模式。在这个区域,当大鼠穿过六边形网格里的多个地点时,特定的细胞被激活(图2)。每个这样的细胞被特定的空间模式激活,这样的“网格细胞”构成了一个协调系统,促发空间运动。加上内嗅皮层区域其他能够识别头部方向和房间边界的细胞一起,它们在海马区形成了回路。这一回路在大脑中构成了一个广泛的定位系统,一个内部的GPS。

人类大脑中的地图

近来,脑成像系统的进展,以及对进行神经外科手术病人的研究,显示了网格细胞也存在于人脑中。在早老性痴呆病人身上,海马区和内嗅皮层经常早期就受到感染,这些患者经常迷路,无法识别周围环境。因此,对大脑定位系统的研究有助于我们理解病患空间记忆丧失背后的机制。

发现大脑定位系统对于我们理解特能化细胞群工作机制来说,是一个范式转变。它为理解其他认知过程,比如记忆、思考、计划等,开辟了新的途径。
 

更多阅读

诺贝尔奖网站官方公告(英文)

相关专题:2014年诺贝尔奖
 
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以下评论只代表网友个人观点,不代表科学网观点。 

2014/10/12 14:33:59 loujinshan
鸽脑的导航本领比大鼠强得多!
2014/10/8 6:51:36 Jack12345
这个新闻怎么放到生命科学,这是堂堂正正的医学奖。中国的事,从进门味道就变了。
2014/10/7 22:55:10 Echo1992
最幸福的事就是和你养养老鼠做做实验然后一起获诺贝尔奖
2014/10/7 22:34:03 qpxl1515
海马
2014/10/7 17:32:53 RMB
你是来做广告的吗,不错!不错!引用:“科学123 , http://www.kexue123.com/ 一个不错的科学导航站,推荐给大家!”
目前已有27条评论
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