搜索大脑GPS

文 王东梅

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文 王东梅

2014年“诺贝尔生理学或医学奖”由三位欧洲神经科学家分享：英国伦敦大学学院的认知神经科学教授约翰·奥基夫获得一半奖金，挪威科技大学的梅·布里特·莫泽与丈夫爱德华·莫泽分享奖金的另一半，三人的重大贡献是发现构成脑内定位系统的细胞。奥基夫教授的主要贡献是在大鼠脑内海马区域发现位置细胞，而两位莫泽教授的贡献则是在大鼠脑内另一个区域的嗅皮层内发现网格细胞。

海马区域有关记忆

海马区是深藏在大脑皮层下的一对回状结构，形状因似海马而得名。在过去几十年里，海马区成为神经科学领域里被研究得最多的脑区之一。早在20世纪初，一位俄国科学家就根据对一名记忆有问题的病人的观察，提出“海马区可能与记忆有关”的假说。不过，这个假说并未得到重视。

1953年，这个假说开始引起人们的注意。那年，一位癫痫病人因频发癫痫而久治不愈，神经外科医生于是切除了他包括两侧海马在内的一部分脑区。手术后，癫痫被控制住了，但病人丧失了形成新的长期记忆的能力。也就是说，手术前的人和事他都没忘；而手术后的人和事，他一转身就不记得了。

病人自愿与神经科学家配合，因而对他的研究持续五十余年之久，直至他逝世。他还将自己的大脑捐献给科学事业。后来神经科学家对他的全脑进行研究，并以此建立三维立体脑图谱，以供科研与教学之用。

1966年，挪威神经科学家安德森领导下的实验室在动物海马区发现一个“长期增强作用”的有趣现象。他们发现，如果同时对两个互相联系的神经细胞施加一段时间的刺激，它们之间在功能甚至结构上的连接就有可能被增强，且这种增强还可以长时间持续。

如今，“长期增强作用”已被视为构成学习与记忆基础的重要机制，同时也被认为可能与阿兹海默症这类脑疾病有关。

获奖者各辟蹊径

1971年，奥基夫在海马区发现“位置细胞”。他将电极插入大鼠的海马区，让大鼠自由自在地在一间空旷的屋子里跑来跑去。每当它跑到屋子某个位置时，电极就会在某些细胞上记录下放电的活动。如果它跑到另一个位置上，另一些细胞又会放电。这些细胞似乎能“记住”外部空间的某些位置，因而奥基夫将它们称为“位置细胞”。

莫泽夫妇也与研究海马区的缘分不浅。2005年神经科学学会在美国华盛顿召开年会，当时年仅43岁的爱德华·莫泽被主席卡罗尔·巴恩斯特邀为演讲人——莫泽夫妇与其研究团队关于网格细胞的重磅文章不久前在美国《自然》杂志上发表。

约翰·奥基夫

20世纪90年代，他俩同在挪威科学家安德森的实验室做博士生，第一篇合作论文就与海马区的空间记忆有关。获得博士学位后，他们一同到苏格兰爱丁堡的一位研究海马区长期增强作用的著名学者莫尔斯麾下工作，接着又到奥基夫教授实验室学习有关“位置细胞”的研究方法。

鉴于位置细胞只能解释对单个位置的记忆，莫泽夫妇另辟蹊径，转向海马区通向其他脑区的门厅“内嗅皮层区”。果然，他们在这一脑区发现“网格细胞”。网格细胞与位置细胞不同，位置细胞仅当大鼠跑到某一个位置时才放电，而网格细胞在大鼠跑到房间的许多位置时都会放电。

位置细胞与网格细胞怎样帮助大鼠定位？通俗地说，位置细胞就像地图上的一个个点，网格细胞则像地图上的一条条经纬线，经纬线把这些点的位置定住，于是脑内就形成一张地图。

基础研究意义重大

在诺贝尔生理学或医学奖104年历史上，至少15%的奖项与神经科学有关。目前，已知的神经系统疾病有六百多种，其中阿兹海默症和帕金森症等都是与年龄有关的慢性病。即使是脑中风和创伤性脑损伤这样的急性病，如果留下后遗症也会转成慢性病，甚至造成残疾，给病患家庭以至整个社会都造成巨大负担。

根据世界卫生组织2007年统计，世界上的六十多亿人口中有将近十亿人患有某种神经系统或脑血管疾病。换句话说，平均每六个人中就有一人患此类疾病。

在这种严峻的形势下，人们希望科研人员能加速对神经科学的研究，以研发出对抗神经系统疾病的良策。然而，要搞清楚数百种不同神经系统疾病的病理与病因，首先要搞清楚大脑的正常结构与功能。从这个意义上说，奥基夫和莫泽夫妇的工作为人类理解认知机制、探索神经科学做出了杰出的贡献。

揭示大脑奥秘是一个极其艰巨的挑战，而从基础研究成果转化成临床应用，更是一个非常漫长的历程。