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暨大脑GPS定位系统研究进展汇总 2014诺贝尔生理学及医学奖 ********* 2014诺贝尔生理学获得者研究简介 * 科学家John OKeefe 、May-Britt Moser、Edvard I. Mosel 的研究成果解决了科学家长期以来的一大问题，即机体大脑如何绘制周围环境的图谱以及我们如何在复杂的环境中进行导航。 研究者May-Britt Moser和Edvard Moser教授2005年时在大脑的内嗅皮层中发现了特殊的神经细胞-网格细胞，当大鼠通过特定位置时这些细胞就会被激活表达，同时网格细胞的位置就会形成一种六角网格，每个网格细胞都会在特定的空间位置上产生反应，最后这些网格细胞就会形成一种可以实现空间导航的坐标系统。 网格细胞可以和内嗅皮层中的其它细胞识别动物头部的方向以及房间的边界，从而在大脑海马体中形成空间细胞的网络系统，这些细胞网络回路就会形成一种复杂深入的定位系统，即大脑内置GPS，人类大脑中的GPS系统和大鼠大脑中的GPS系统具有相似的组分。 John O′Keefe和空间位置 John O′Keefe曾着迷于研究大脑如何控制行为的问题。在上个世纪60年代后期，他决定用神经生理学方法来解决这个问题。他尝试通过仪器捕捉在某个房间里自由移动的大鼠其大脑海马体中的个别神经细胞发出的信号，他注意到当大鼠处在某一特殊位置时，有一种神经细胞会变得活跃。他通过实验发现这种“位置细胞”并不只是从视觉上记住，而且会构造出一幅所处环境的内在地图。O′Keefe得出结论认为：在处于不同环境中被激活的这些位置细胞的共同作用下，海马体可以构造出很多地图。因此，大脑对环境的记忆通过位置细胞活动的特定组合的方式储存在海马体中。 如很多诺贝尔奖得主一样，奥基夫在1970年代提出有关“位置细胞”的理论时，遭到学界不少人冷嘲热讽，但现在终于获得肯定。奥基夫在伦敦向记者表示，对获奖感到惊讶和难以置信，又形容自己年少时兴趣多变，中学时钻研古典学，到大学却入读航空学科，之后又改修哲学和心理学。 牛津大学生理学名誉退休教授斯坦为奥基夫获奖感到高兴，认为是实至名归。“记得约翰最初描绘‘位置细胞’时，遭到多么冷漠的嘲笑。当时学界典型反应是‘注定是人为现象’和‘他显然低估老鼠的嗅觉’。现在人们都认为他的发现已像常识般，是明显不过的事。” May-Britt和Edvard Moser在绘制大鼠脑海马区的连接时，在邻近的内嗅皮层区域发现了惊人的活动模式。在这个区域，当大鼠穿过六边形网格里的多个地点时，特定的细胞被激活（图2）。每个这样的细胞被特定的空间模式激活，这样的“网格细胞”构成了一个协调系统，促发空间运动。加上内嗅皮层区域其他能够识别头部方向和房间边界的细胞一起，它们在海马区形成了回路。这一回路在大脑中构成了一个广泛的定位系统，一个内部的GPS。 May-Britt和Edvard Moser发现了协调机制 【1】Neuron：大脑靠视觉和身体两幅 “地图”定位 * 据物理学家组织网12月5日报道，美国加利福尼亚大学圣芭芭拉分校（UCSB）研究人员利用核磁共振成像（MRI）技术研究了18个人的大脑，绘制了400个不同的手臂动作到达目标时的MRI图像。他们发现，大脑在计划动作时，有两种明显不同的定位类型：视觉地图和身体地图。研究发表在《神经》杂志上。 比如芭蕾舞演员在双人舞中抓住同伴的手或在黑夜里抚摸受伤的小腿时，要想让手臂到达正确的位置，其大脑要使用不同的“地图”来定位。必威体育精装版研究表明，抓住对方的手，要依靠空间视觉地图，而抚摸小腿，则依靠头脑中的身体地图。 之前的观点认为，所有的定位运动，包括导向视觉目标的或导向自身的，都是用视觉地图来计划。论文第一作者皮埃尔-迈克尔·波尼说：“我们发现，如果目标是视觉的，后顶叶皮层就会被激活，用视觉地图来编码运动；而在黑暗中完成一个动作，目标是非视觉的，就会由同样的大脑区域使用完全不同的身体地图来计划这一动作。” 【2】Nature：发现大脑“GPS”系统 工作原理 * 就好比全球定位系统（GPS）可以帮助我们定位我们深处何处一样，大脑也存在一种内在的系统来帮助确定我们机体所处的位置及周围环境，近日，一项刊登在杂志Nature上的研究报告中，来自普林斯顿大学的研究者揭示，一种名为网格细胞的位置追踪神经元可以通过集体协作来对机体进行定位。 网格细胞是一种具有电活性的神经元，其就好比是一个动物在大自然中随意旅行一样，其在2000年代中期被发现，当机体移动到特殊位置时，每一个细胞就会被激发。更让人觉得神奇的是，这些网格细胞的位置都是以一种六角形模式被安排的，就类似于跳棋盘一样。研究者David Tank说，网格细胞可以形成某种空间表征，我们的研究主