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【2014诺贝尔生医奖】发现大脑里空间记忆的构筑细胞


2020-06-11

【2014諾貝爾生醫獎】發現大腦裡空間記憶的構築細胞

编译来源:  The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2014 Press Release

我们如何知道位在何处?如何找到从一个地点到另一地点的路径?如何能储存这些讯息,以便下次能迅速找到相同路径?今年的诺贝尔生理与医学奖得主,他们发现大脑内部GPS,使我们能定位空间所在位置,并证实脑部有些神经细胞,负责高阶认知功能。

【2014诺贝尔生医奖】发现大脑里空间记忆的构筑细胞

( 来源:诺贝尔奖基金会网站)

美国与英国双重国籍的John O’Keefe、挪威的May‐Britt Moser及Edvard I. Moser夫妇,三人因发现大脑定位系统的神经细胞,共同获得2014年诺贝尔生理与医学奖。

虽然过去Edward Tolman发现在迷宫(labyrinths)中移动的大鼠,能够学习到如何找到正确路径,并推测大鼠脑内有认知轮廓图,让它找到正确路径,但是长久以来,对于大脑如何建置此空间轮廓图仍是未知。

John O’Keefe于1971年,首先发现脑部定位系统组成,他发现当大鼠在房间某特定位置,鼠脑某特定区域-海马迴(hippocampus)的一类神经细胞(a type of nerve cell),总是被活化。当大鼠被移至其它位置,则活化其它神经细胞。John O’Keefe认为这些位置细胞(place cells)形成房间的空间轮廓。

经过30年后,在2005年,May‐Britt Moser及Edvard I. Moser夫妇发现另一脑部定位系统的重要组成。他们辨识出另一类神经细胞-网格细胞(grid cells),这些细胞能产生座标系统,并负责正确定位及路径寻找。他们的研究证实,位置细胞与网格细胞,如何能去定位及导引路径。

John O’Keefe、May‐Britt Moser及Edvard I. Moser,三人的发现解决百年以来,一直困扰哲学家及科学家的疑问,大脑是如何建置环绕自身的空间轮廓图,以及我们是如何在複杂的环境,找到导引的路径。

【2014诺贝尔生医奖】发现大脑里空间记忆的构筑细胞

2014诺贝尔生医奖得奖研究简介( 来源:诺贝尔奖基金会网站)

John O’Keefe与空间位置

John O’Keefe着迷对大脑如何控制行为与做出决定的问题,在1960年,尝试使用神经生理学的方法来探索此问题,即藉由纪录在房间内自由运动的大鼠,其大脑海马迴区的个别神经细胞讯号。他发现当大鼠在环境特定位置,某一神经细胞会被活化。他证实这些神经细胞-位置细胞,不仅能记录视觉输入,并且能建置环境内部轮廓。John O’Keefe认为大脑海马迴区,被活化的位置细胞,能彙整能产生无数的空间位置轮廓图,因此某环境空间的记忆,能被储存在位置细胞机能的特定整合。

May‐Britt Moser及Edvard I. Moser发现座标系统

May‐Britt Moser及Edvard I. Moser在大脑内嗅皮质(entorhinal cortex),有令人惊讶的细胞活动模式,他们发现当大鼠通过六角形的网格路径多重位置,某些细胞会被活化。此每一细胞会受到特定空间模式的活化,这些细胞合称为网格细胞(grid cells),建构座标系统,负责空间导航。并与能辨识所在方位及房间的界线的内嗅皮质其他细胞合作,与海马迴区的位置细胞,共同形成空间路线图。此空间路线迴路,建置脑内複杂的位置系统-脑内GPS。

三人的在大脑位置系统领域的前瞻性研究,有助于我们去理解空间记忆丧失的机制,以及寻找此类疾病的治疗方式。也开启人类了解其它认知过程,如记忆、思考、及规划的新方向。


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