搜索大腦GPS

文 王東梅

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文 王東梅

2014年“諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎”由三位歐洲神經(jīng)科學(xué)家分享：英國倫敦大學(xué)學(xué)院的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)教授約翰·奧基夫獲得一半獎金，挪威科技大學(xué)的梅·布里特·莫澤與丈夫愛德華·莫澤分享獎金的另一半，三人的重大貢獻是發(fā)現(xiàn)構(gòu)成腦內(nèi)定位系統(tǒng)的細(xì)胞。奧基夫教授的主要貢獻是在大鼠腦內(nèi)海馬區(qū)域發(fā)現(xiàn)位置細(xì)胞，而兩位莫澤教授的貢獻則是在大鼠腦內(nèi)另一個區(qū)域的嗅皮層內(nèi)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格細(xì)胞。

海馬區(qū)域有關(guān)記憶

海馬區(qū)是深藏在大腦皮層下的一對回狀結(jié)構(gòu)，形狀因似海馬而得名。在過去幾十年里，海馬區(qū)成為神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域里被研究得最多的腦區(qū)之一。早在20世紀(jì)初，一位俄國科學(xué)家就根據(jù)對一名記憶有問題的病人的觀察，提出“海馬區(qū)可能與記憶有關(guān)”的假說。不過，這個假說并未得到重視。

1953年，這個假說開始引起人們的注意。那年，一位癲癇病人因頻發(fā)癲癇而久治不愈，神經(jīng)外科醫(yī)生于是切除了他包括兩側(cè)海馬在內(nèi)的一部分腦區(qū)。手術(shù)后，癲癇被控制住了，但病人喪失了形成新的長期記憶的能力。也就是說，手術(shù)前的人和事他都沒忘；而手術(shù)后的人和事，他一轉(zhuǎn)身就不記得了。

病人自愿與神經(jīng)科學(xué)家配合，因而對他的研究持續(xù)五十余年之久，直至他逝世。他還將自己的大腦捐獻給科學(xué)事業(yè)。后來神經(jīng)科學(xué)家對他的全腦進行研究，并以此建立三維立體腦圖譜，以供科研與教學(xué)之用。

1966年，挪威神經(jīng)科學(xué)家安德森領(lǐng)導(dǎo)下的實驗室在動物海馬區(qū)發(fā)現(xiàn)一個“長期增強作用”的有趣現(xiàn)象。他們發(fā)現(xiàn)，如果同時對兩個互相聯(lián)系的神經(jīng)細(xì)胞施加一段時間的刺激，它們之間在功能甚至結(jié)構(gòu)上的連接就有可能被增強，且這種增強還可以長時間持續(xù)。

如今，“長期增強作用”已被視為構(gòu)成學(xué)習(xí)與記憶基礎(chǔ)的重要機制，同時也被認(rèn)為可能與阿茲海默癥這類腦疾病有關(guān)。

獲獎?wù)吒鞅脔鑿?/h2>

1971年，奧基夫在海馬區(qū)發(fā)現(xiàn)“位置細(xì)胞”。他將電極插入大鼠的海馬區(qū)，讓大鼠自由自在地在一間空曠的屋子里跑來跑去。每當(dāng)它跑到屋子某個位置時，電極就會在某些細(xì)胞上記錄下放電的活動。如果它跑到另一個位置上，另一些細(xì)胞又會放電。這些細(xì)胞似乎能“記住”外部空間的某些位置，因而奧基夫?qū)⑺鼈兎Q為“位置細(xì)胞”。

莫澤夫婦也與研究海馬區(qū)的緣分不淺。2005年神經(jīng)科學(xué)學(xué)會在美國華盛頓召開年會，當(dāng)時年僅43歲的愛德華·莫澤被主席卡羅爾·巴恩斯特邀為演講人——莫澤夫婦與其研究團隊關(guān)于網(wǎng)格細(xì)胞的重磅文章不久前在美國《自然》雜志上發(fā)表。

約翰·奧基夫

20世紀(jì)90年代，他倆同在挪威科學(xué)家安德森的實驗室做博士生，第一篇合作論文就與海馬區(qū)的空間記憶有關(guān)。獲得博士學(xué)位后，他們一同到蘇格蘭愛丁堡的一位研究海馬區(qū)長期增強作用的著名學(xué)者莫爾斯麾下工作，接著又到奧基夫教授實驗室學(xué)習(xí)有關(guān)“位置細(xì)胞”的研究方法。

鑒于位置細(xì)胞只能解釋對單個位置的記憶，莫澤夫婦另辟蹊徑，轉(zhuǎn)向海馬區(qū)通向其他腦區(qū)的門廳“內(nèi)嗅皮層區(qū)”。果然，他們在這一腦區(qū)發(fā)現(xiàn)“網(wǎng)格細(xì)胞”。網(wǎng)格細(xì)胞與位置細(xì)胞不同，位置細(xì)胞僅當(dāng)大鼠跑到某一個位置時才放電，而網(wǎng)格細(xì)胞在大鼠跑到房間的許多位置時都會放電。

位置細(xì)胞與網(wǎng)格細(xì)胞怎樣幫助大鼠定位？通俗地說，位置細(xì)胞就像地圖上的一個個點，網(wǎng)格細(xì)胞則像地圖上的一條條經(jīng)緯線，經(jīng)緯線把這些點的位置定住，于是腦內(nèi)就形成一張地圖。

基礎(chǔ)研究意義重大

在諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎104年歷史上，至少15%的獎項與神經(jīng)科學(xué)有關(guān)。目前，已知的神經(jīng)系統(tǒng)疾病有六百多種，其中阿茲海默癥和帕金森癥等都是與年齡有關(guān)的慢性病。即使是腦中風(fēng)和創(chuàng)傷性腦損傷這樣的急性病，如果留下后遺癥也會轉(zhuǎn)成慢性病，甚至造成殘疾，給病患家庭以至整個社會都造成巨大負(fù)擔(dān)。

根據(jù)世界衛(wèi)生組織2007年統(tǒng)計，世界上的六十多億人口中有將近十億人患有某種神經(jīng)系統(tǒng)或腦血管疾病。換句話說，平均每六個人中就有一人患此類疾病。

在這種嚴(yán)峻的形勢下，人們希望科研人員能加速對神經(jīng)科學(xué)的研究，以研發(fā)出對抗神經(jīng)系統(tǒng)疾病的良策。然而，要搞清楚數(shù)百種不同神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病理與病因，首先要搞清楚大腦的正常結(jié)構(gòu)與功能。從這個意義上說，奧基夫和莫澤夫婦的工作為人類理解認(rèn)知機制、探索神經(jīng)科學(xué)做出了杰出的貢獻。

揭示大腦奧秘是一個極其艱巨的挑戰(zhàn)，而從基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化成臨床應(yīng)用，更是一個非常漫長的歷程。