愛德華·莫澤：“大腦GPS”機理探索

王江山

愛德華·莫澤

孤獨小島上的好奇少年

愛德華對科學的興趣，也許要從童年時代說起。

1962年4月27日，愛德華·莫澤出生在挪威的奧勒松。他的父母是20世紀50年代移民到挪威的德國人，兩人組成了一個保守的基督教家庭。愛德華的父親是一個管風琴制造者，因此在愛德華還是個孩子時，就得以見識到管風琴那精密而復雜的結構。他在父母的教導下，與自己的兩個妹妹一起度過了無憂無慮的童年。

挪威風景優美，到處是雪山森林與湖泊的地理奇觀，但卻人煙稀少，愛德華年幼時居住的小鎮甚至只有五百多人。這難免令人感到孤獨，但這份冷清卻反而激發了少年愛德華探索世界的欲望。他回憶童年時說道：“我對一切都感興趣，從恐龍到相對論。”也許正是挪威復雜多樣的地形激發了他的科學靈感，以至于多年后愛德華成了一名腦神經科學家，去探索人腦導航能力的奧秘。

挪威奧勒松

大腦定位初探秘

從在烏爾斯泰維克高中讀書時起，愛德華就對心理學產生了興趣，并且將這種好奇心一直持續到了成年。1983年，他考入了奧斯陸大學，對心理學的著迷使他選修了心理學課程。第三年，他因與梅-布里特有共同的興趣愛好，而步入了婚姻殿堂。大學期間，他還在波·安德森（Per Andersen）博士的指導下，初步研究了可自由移動的動物大腦海馬體（hippocampus）記憶的形成機制。

愛德華從碩士時開始，就著手研究大腦齒狀回區域的神經活動在空間學習中的作用。1995年從奧斯陸大學獲得神經生理學博士學位后，便去愛丁堡大學的神經科學中心做博士后，期間，他還訪問了倫敦大學學院約翰·奧基夫（John OKeefe）教授的實驗室，并在那里做了兩個月的博士后研究。那時候，奧基夫也在從事大腦定位系統的研究，這與愛德華之前類似的研究方向，也給他留下了深刻的印象。

探秘網格細胞

人類的大腦可以感知方向，讓我們找到去往目的地的正確方向。而要想實現這些，說明大腦至少有兩個功能：第一，能感知和反映我們的實時位置;第二，有一張能記錄環境坐標的“地圖”。

愛丁堡大學

小鼠的運動與神經元活動的對應變化情況

約翰·奧基夫

梅-布里特

早在1971年，奧基夫就在大腦海馬體中發現了一種神經細胞。他通過測試小鼠的海馬體來進行研究。海馬體位于耳后，與行進和空間感知相關?？蒲腥藛T讓小鼠在特定區域內自由移動，再跟蹤記錄小鼠海馬體的運動情況以及變化的過程。奧基夫發現，小鼠海馬體內的一些細胞會在它經過某些特定地方時被激活（比如在某些地方放置巧克力，小鼠就會往那個方向前進，同時對應的細胞被激活）。不同的地點對應不同的細胞，說明這些細胞與大腦定位功能有關，他將這種細胞命名為“位置細胞”。這個實驗基本回答了大腦的第一個功能是如何實現的。但第二個功能是如何作用的，大家都一籌莫展。

2005年，愛德華與梅-布里特試圖一起找尋答案。他們研究的是海馬體附近的內嗅皮層區域，也用了與奧基夫類似的實驗手段—觀察小鼠細胞的激活情況。在研究中他們發現，每當小鼠經過一些特定的位置時，就會有一些細胞被激活，但這種活動非常有規律，不像在海馬體中觀察到的那樣。當小鼠在籠子里自由奔跑時，這種活動會以一定的間隔出現峰值，而這些峰值在環境中分布均勻，大小和方向相似。數學分析顯示，這種有規律的活動產生了一個等邊三角形網格，因為每個網格細胞的空間模式都不同，所以它們就在腦內建立了一個記錄環境坐標的“地圖”，如此一來，生物就擁有了精準定位的功能。由于這種細胞的特性，愛德華將其形象地命名為網格細胞。

小鼠在正方形區域內的運動軌跡用黑色表示。紅點則表示特定的內嗅皮層內的網格細胞被觸發的位置

卡夫利系統神經科學研究所

愛德華認為，網格細胞肯定也存在于人類大腦中。神經外科的腦成像技術和研究表明，在阿爾茨海默?。ˋlzheimers disease）的早期，內嗅皮層就會受到影響，這與患者在該時期空間記憶喪失的狀況是相匹配的。這就說明網格細胞很可能與這種疾病有關。因此，愛德華的這項研究具有非常強的實用性和現實意義。在采訪中愛德華也曾表示：“我們研究的目的在于了解大腦以及大腦是如何工作的。我們有一個明確的希望和信念，即我們的研究可以為改進人類疾病的治療奠定基礎。”

結緣人工智能

當愛德華獲得2014年諾貝爾生理學或醫學獎的消息傳出時，他正在飛往慕尼黑的飛機上。因此，當愛德華走下飛機，看到機場上手捧鮮花的歡迎者們時，非常驚訝，還不知道發生了什么。直到人們將好消息告訴他，驚訝才變成了驚喜。

發現網格細胞的同時，愛德華和梅-布里特還發現了其他參與空間標示的細胞。他們一起研究了網格細胞、頭部方向細胞、邊界細胞和位置細胞之間的相互作用，更深入地了解了“大腦中的GPS系統”。2002年他參與創建了記憶生物學中心，2007年又成立了卡夫利系統神經科學研究所，他們的主要任務是研究大腦的機制以及空間的表現。愛德華的研究幫助科學界更深入地了解了不同類別的神經細胞是如何協調工作、執行更高大腦機能的，有重要的實用價值。

在人工智能技術興起的今天，腦科學的研究變得更加迫切。愛德華很早就表現出要將腦科學與人工智能相結合的研究興趣，他認為這種結合能帶來無限可能性。愛德華·莫澤在采訪中表示，人工智能的發展也許能從人類大腦的處理體系中學到一些東西。以自己的研究為例，如果去了解神經網絡的運作方式，就能夠了解大腦的空間定位系統如何運作?！拔艺J為人工智能和腦科學的相互合作，能夠為研究者提供新信息，帶來新的研究方向。人工智能可應用到很多腦疾病治療中?！辈贿^愛德華也認為，“科學發展很快速。雖然我們知道的東西越來越多，但那只是皮毛，我們仍站在起點?！?/p>

地球上的每一個人都忙于某種工作。有些人從事娛樂活動，發揮著藝術和想象力;有些人度過了普通的生活，卻也試圖使一切變得更好。在這些人中，有一些格外有才華的人，他們日日夜夜都在實驗室中為人類探索知識的邊界，終于創造出了一些能改善世界的東西。而愛德華·莫澤就在此列，正如他自己所說：“我希望科研發現不僅是對科學界有所裨益，而且能夠為人類社會發展貢獻力量。”

人物小傳

愛德華·莫澤（Edvard Moser，1962—），挪威心理學家、神經學家。1995年，獲得奧斯陸大學神經生理學博士學位?，F任挪威科技大學卡夫利系統神經科學研究所和記憶生物學中心創始主任，挪威科技大學心理學教授，挪威皇家科學與文學學會、挪威科學與文學學院、挪威技術科學院的成員。因發現組成大腦定位系統的網格細胞，與梅-布里特·莫澤、約翰·奧基夫共同獲得2014年諾貝爾生理學或醫學獎。

（責任編輯/朱文超? ?美術編輯/胡美巖）