Introduction of the 2014NobelPrize laureates in physiology ormedicine

·學術(shù)先鋒·

2014年諾貝爾生理學及醫(yī)學獎得主簡介

Introduction of the 2014NobelPrize laureates in physiology ormedicine

2014年諾貝爾生理學及醫(yī)學獎被分授3人，其1/2 授 予 倫 敦 大 學 學 院 的 John O’Keefe，另 外 的 1/2共 同 授 予 挪 威 的 May-Britt Moser 和 Edvard I. Moser。他們因為發(fā)現(xiàn)組成大腦定位系統(tǒng)(GPS)的特殊細胞的研究成果而榮獲該獎。

圖1 2014年諾貝爾生理學及醫(yī)學獎得主Fig.1 2014NobelPrize Laureates in Physiology orMedicine

大腦是如何在腦海中勾勒出周圍環(huán)境的地圖？在復雜的環(huán)境下，怎么走出正確的路？

John O'Keefe早在 1971 年就和同事在大鼠大腦中一個叫做海馬的腦區(qū)里就發(fā)現(xiàn)了這樣一種神經(jīng)元，他們將其命名為“位置細胞”(place cell)。當時，他們在大鼠的海馬中植入了一個記錄電極，然后將大鼠放置在一個空曠的房間中自由活動。他們發(fā)現(xiàn)，只有當大鼠處在特定的位置上時，特定的位置細胞才會活躍，O'Keefe將那些導致特定位置細胞活躍 的 區(qū) 域 稱 為 這 些 位 置 細 胞 的 發(fā) 放 場 (firing field)。大鼠通過各種感官從環(huán)境中獲取外界的特征信息，而位置細胞則能夠和海馬中其他的細胞合作，將那些輸入的特征信息與過往記錄到的不同位置的特征信息加以比對。一旦信息能夠匹配上，與那個位置相對應的特定位置細胞就會變得活躍。通過這種方法，大腦能夠?qū)⑻囟ǖ奶卣餍畔⑴c特定的空間位置聯(lián)系起來，形成了空間位置記憶。在隨后的研究中O’Keefe還發(fā)現(xiàn)空間位置記憶具有可塑性，并發(fā)現(xiàn)有一亞類細胞專門對活動邊界敏感的神經(jīng)元——邊界細胞(border cell)。

O’Keefe發(fā)現(xiàn)位置細胞 30多年后，一對科學家夫 婦 ，May-BrittMoser和 她 的 丈 夫 Edvard I.Moser通過一系列實驗證明，動物的大腦當中也存在類似的建立空間坐標系的機制。

Moser夫婦2005年在海馬以外一個叫做內(nèi)嗅皮質(zhì)(entorhinal cortex)的腦區(qū)里發(fā)現(xiàn)了一種全新的神經(jīng)元，他們將其命名為網(wǎng)格細胞(grid cell)。雖然網(wǎng)格細胞的活躍也和動物所處的位置有關，但與位置細胞不同，網(wǎng)格細胞的活躍并不依賴于外界輸入的特征信息，任意一個網(wǎng)格細胞的發(fā)放場在空間中均勻分布，并且呈現(xiàn)出一種蜂巢式的六邊形網(wǎng)格狀。網(wǎng)格細胞的這種獨特的活動模式當時在神經(jīng)科學中可以說聞所未聞，這給予了Moser夫婦廣闊的空間進行更加深入的探索。

后來，隨著計算神經(jīng)科學的發(fā)展，科學家逐漸揭示出網(wǎng)格細胞可以整合來自邊界細胞的邊界信息、來自頭部方向細胞的方向信息以及來自視覺和本體感覺的距離信息，并通過一些復雜的算法來確定自己在這個六邊形坐標系中的精確坐標。有了網(wǎng)格細胞確定的坐標系，有了位置細胞記錄的位置特征，再加上邊界細胞劃定的邊界，在大腦中繪制地圖所需的基本信息也就完備了。順著這個思路，Moser夫婦、O’Keefe及該領域的科學家很快就建立起了一套不同導向細胞之間相互協(xié)作的理論模型。

這套理論也被應用于人類身上。一項調(diào)查顯示，穿梭于迷宮般的倫敦街道的出租車司機擁有更為發(fā)達的海馬，這些結(jié)果提示，只要勤加練習，大腦中的GPS也可能變得性能卓越。如阿茲海默病等許多疾病會導致患者出現(xiàn)不認識路的癥狀，關于定位與導航的研究可以幫助醫(yī)生和科學家加深對這些疾病的認識，從而更好地診斷、治療這些病癥。

(摘引出處：http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/

laureates/2014/)

(本文編輯：桑田)

2015-01-11)