大腦內的GPS

天生不分東西南北，出門全靠一張嘴，大“路盲”、小“路癡”，今天坐反了地鐵，明天走竄了胡同……如果你是一個“路盲”，你是否經常羨慕那些認路高手——他們就像內置了一個活體GPS和一張高分辨率地圖，怎樣都不會迷失方向。怎么會這樣？

2014年諾貝爾生理學或醫學獎恰恰為我們解答了這個問題：不認路，或許是天生的。今年的諾貝爾生理學或醫學獎頒給了擁有美國和英國雙重國籍的科學家約翰·奧基夫以及挪威科學家梅-布里特·莫澤和愛德華·莫澤夫婦，以表彰他們在大腦中發現了一種可以定位和導航的神經細胞——大腦“GPS”。

專家評價，三位獲獎科學家的發現是大腦科學領域重大的基礎性突破，使人類大腦如何運行定位系統的研究呈現出一個嶄新的圖景，該發現還有望打開治療阿茲海默綜合癥的突破口。

位置、網格細胞合作定位

諾貝爾獎評選委員會在聲明中介紹：我們如何知道我們身處何方？我們怎么找到從一個地方到另一個地方的路徑？我們如何存儲這些信息，從而能夠在下一次立即找到這條路？三位獲獎科學家的研究解決了困擾科學界幾個世紀的難題，揭示了大腦如何創建周圍空間的“地圖”，如何在復雜的環境中定位路徑。對大腦定位系統的認知，可能幫助我們進一步了解人類大腦空間記憶的中樞機制。

實際上，早在1971年，奧基夫就在老鼠的一個叫“海馬”的腦區里發現了大腦定位系統的第一個組成部分——“位置細胞”。經過反復研究，他發現，老鼠在房間的某個特定位置時，其大腦海馬區的一些神經細胞總是處于激活狀態，而老鼠移動到房間其他位置時，其他神經細胞則被激活。他因此得出結論：正是這些“位置細胞”，在大腦中形成了關于房間各點具體特征的“地圖”。

然而，僅僅擁有地圖還不足以為我們導航，因為地圖描述了每一個地方的特征，卻沒有告訴我們這些地點的相對位置。我們還需要一個“經緯網”，讓地圖上每一個地點都有一個獨一無二的坐標。

2005年，莫澤夫婦關于“網格細胞”的研究正好解釋了這個問題。他們在一個叫做內嗅皮質的腦區里發現了大腦內置“GPS”的另一關鍵構成——“網格細胞”。這種細胞能形成坐標系，可以精確定位和尋找路徑。此外，他們還研究出這些“網格細胞”是如何確定位置并導航的。

“路盲”或因細胞“不好使”

如此說來，“路盲”“路癡”是否與大腦中的這些細胞“不好使”有關？

“‘路盲’或‘路癡’可能與位置和網格細胞有關，無論是網格細胞不好使，還是位置細胞功能太差，都有可能讓你成為一個‘路盲’。”不過，這一說法目前還沒有相關的研究實驗數據支撐。

那“路盲”還有救嗎？在對位置細胞超過30多年的研究中，奧基夫的團隊對這類細胞作了更加深入的探索。他們發現，和別的記憶一樣，這種空間位置記憶既可能隨著時間推移而遺忘，也可以通過反復訓練來加強，乃至終身保留。

比如，有研究就顯示：出租車司機的海馬區體積比其他人大。出租車司機每日每夜穿梭于成千上萬條縱橫交錯的街道，隨便給一個地址，他們能馬上計算出最短的行進路線，開往準確的方向。這些長期訓練，使得他們海馬區的位置細胞比普通人強得多。

研究還表明，位置細胞具有可塑性：當環境發生一定變化時，這些記憶也可以根據環境改變作出修正，這解釋了我們為什么能在周遭環境不斷變化時依然可以準確地記住一些地點。

此外，奧基夫還注意到位置細胞可分出一些亞類，比如有一類專門對活動邊界——一堵墻或是一道無法跨越的溝壑敏感的神經細胞，并將其命名為“邊界細胞”。有這些細胞存在，我們就不會“撞墻”了。

“發現大腦‘GPS’對于神經環路網絡研究，尤其是對神經精神疾病，比如阿茲海默綜合癥等的神經環路異常研究更為有益。”南方醫科大學神經生物學教授朱心紅表示，“到目前為止，我們還沒找到有效方法來預防和治療大多數的腦部疾病，而這一對腦部細胞的基礎性研究可為此探路。”

（摘自《南方日報》）