路痴的脑子缺什么？—— 解码大脑空间方位认知

文 王俊雅

路痴的脑子缺什么？
—— 解码大脑空间方位认知

文 王俊雅

2014年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了爱尔兰裔美国暨英国籍神经科学家约翰•奥基夫教授，以及挪威心理学家、神经科学家爱德华•莫泽与迈•布利特•莫泽教授夫妇，以表彰他们的重要发现：发现构成大脑定位系统的细胞，即位置细胞与网格细胞的发现。

在1971年，当时还非常年轻的奥基夫教授发明了多通道在体记录技术，在动物活体的情况下，把电极插到动物的大脑中，可以看到电位的变化。当时奥基夫把电极插入到大鼠海马的CA1部位，想观察神经元的活动。结果发现，在某个特定位置经过的时候，大鼠脑内CA1部位神经元活动频率非常高。神经元只是在这个特定位置放电，在其他的位置没有任何活动。所以奥基夫就想到，可能是位置细胞构成了我们大脑里关于外界环境的认知地图。把所有的细胞结合起来，就构成了布满整个空间的认知地图。

发现了位置细胞以后，带来一个问题：为什么海马中的神经元会在特定位置活动？显然，肯定是来自外界的感觉信息的传递。除了视觉信息之外，还有数步伐等等手段，这些组合成了路径整合信息，都会让海马的神经元变成位置细胞。

2004年，莫泽夫妇做了一个实验，基本设计和奥基夫的实验相同，但他们发现，与海马CA1的位置细胞相比，内嗅皮层的细胞也同样对位置有反应，但并不像前者形成一对一的关系。到了2005年，莫泽教授想到了一点，他把任意两个放电的位置用线连起来，发现是非常规则的正三角型的结构，他把这种细胞命名为网格细胞，并总结出网格细胞放电的模式：每一个细胞放电点和其他的放电点的顶点连接起来是一个六边型的结构。同时，网格细胞也不受光线环境的影响。在整个内嗅皮层的排列中，小尺度的网格细胞和大尺度的网格细胞的排列非常有规则，尺度一点一点在增加。

关于网格细胞和位置细胞是什么关系，有一种理论认为：不同尺度的网格细胞同时给海马CA1的一个区域投射一个信息，叠加的电位引起该区域的放电，其他的区域得不到叠加，此时就会形成一个位置细胞。所以网格细胞给位置细胞提供了一个最基本的位置信息的输入源，通过整合形成了位置信息。那网格细胞的功能意义是什么？比如动物去寻找食物，一旦找到这个食物，就会以最短的距离快速回到窝里，而不是原路返回。如果只有位置细胞的话，就只有路径的信息，而没有计算起点和终点之间的直线距离的信息。而网格细胞的作用，正是在于整合这一路径，计算出两点之间的距离。

海马本身的作用在于记忆，奥基夫当时做实验也是为了研究记忆的机制。我们每天经历过的所有的事情在大脑中都会形成情景记忆，其中有两个信息是最关键的：一个是地点，在什么地方，第二个是事件，发生了什么事。这两者配合起来就是我们的情景记忆。

位置细胞和网格细胞的发现，不仅揭示了大脑对空间方位认知的神经过程，而且还告诉我们，大脑是如何通过一些底层神经元网络的分级处理，来实现一些看似复杂的高级认知功能的。目前来说，对大脑空间方位认知功能的研究结果还不能够直接转化为对相关脑疾病的医疗手段，但了解大脑的工作方式可以帮助我们了解某些疾病如何影响患者的认知机能，进而拓展临床治疗的思路。