admin @ 2014-10-06 reply:0

據國外媒體報道，剛給頒發的2014諾貝爾獎生理學或醫學獎得主為：美國科學家John O'Keefe(約翰-歐基夫)，挪威科學家May Britt Moser(梅-布萊特)；以及挪威科學家Edvand Moser(愛德華-莫索爾)，以獎勵他們在「發現了大腦中形成定位系統的細胞」方面所做的貢獻。

　　此次的諾獎得主莫瑟爾夫婦(Edvard 和May-Britt Moser)已經共事超過30年，結婚超過28年的事實並沒有讓他們對大腦科學的研究興趣有絲毫減弱。他們會在早餐時間討論這個話題，他們也會在清晨的實驗室會議中進行更加細緻的探討。夏天夜晚，在附近的小餐館吃飯時，夫妻倆仍然在思考這個問題——我們的大腦究竟如何能夠指引我們回家？May-Britt說：「要想走回家，首先我們必須知道自身此刻的位置，我們要去往哪裡，何時拐彎，何時停下。真是難以置信，我們竟然不會迷路！」

　　如果說誰最了解回家的路，那麼一定就非莫瑟爾夫婦莫屬了。他們兩人在2005年因為發現了小鼠大腦內的「網格細胞」而在學術界聲名鵲起。這種奇特的神經細胞同樣存在於人類的大腦內，它們的工作有點像是我們內置的全球定位系統，讓動物得以了解自身的位置。在那之後，莫瑟爾夫婦一直在這個問題上繼續前進，研究這些網格細胞如何與其他特定的神經細胞之間發生相互作用，這些細胞一起，構成了生物體完整的導航定位體系。對這些網格細胞的研究或將幫助了解記憶的形成機制，並解釋為何當我們回想起過去的某些事件時，往往會伴隨著事件發生時的場景，如某個房間，街道，或是景物。

　　在追求科學的道路上，這兩人已經成為科學界的一種「現象」。夫妻兩人合作無間，相貌親切，彷彿一個大腦分別長在了兩個不同軀體之內。他們在位於挪威特隆赫姆資金充裕的實驗室內開展工作——這裡是歐洲的遙遠角落，距離北極圈只有大約350公里。他們共同發表文章，一起獲得獎項——他們是一個整體。當然他們最近獲得的獎項就是剛剛頒發的諾貝爾生理學與醫學獎了。他們與曾經在倫敦大學學院(UCL)的導師，神經科學家約翰·奧基夫共同獲得了這一殊榮。2007年，在他們僅40多歲的年紀時，莫瑟爾夫婦獲得卡維里基金會的資助建立一個卡維里研究院，而全球一共只有17個這樣的研究院。現在莫瑟爾夫婦已然是挪威的小小名人，而他們的實驗室也已經成為一塊磁石，吸引全世界神經科學領域的頂尖學者前往。以色列魏茨曼科學研究所的神經科學家納楚姆·烏拉諾夫斯基(Nachum Ulanovsky)表示：「他們的周圍全都是極有學識之士。」烏拉諾夫斯基剛剛在今年9月份造訪了莫瑟爾夫婦在特隆赫姆的實驗室。

　　莫瑟爾夫婦的工作將他們引向了21世紀最具挑戰性的課題之一：大腦是如何工作的？就像計算機利用程序語言進行運作，比如說Java，大腦似乎也有自己的運行語言——它們就隱藏在神經細胞激活的頻率與持續時間，以及大腦迴路中周期性漲落的神經電信號模式之中。這些信號讓大腦得以反映外部世界，如聲音，光纖，氣味以及自身在空間中的位置——當然是以一種它能夠理解並進行運算的語言。有了網格細胞的發現，莫瑟爾夫婦首先闖入了這一大腦科學未知的領域，而現在，這一領域面臨的挑戰將是繼續前行。

　　斯坦尼斯拉斯·地哈尼(Stanislas Dehaene)是巴黎法蘭西學院的神經科學家，他說：「莫瑟爾夫婦的研究直指認知神經科學領域的核心，他們正嘗試理解認知現象背後的神經密碼，從而將計算機科學與生物學，甚至哲學統一起來。」

　　相遇相知

　　莫瑟爾夫婦分別在挪威的兩座不同的北極島嶼上長大，在那裡夏季似乎是永恆的，而在漫長的冬季，唯一照亮地面的似乎就只剩下天空中的北極光。他們兩人都出身於非學術家庭，然後兩人都去了同一所學校。但兩人直到1983年都互相併不認識，儘管兩人都在奧斯陸大學求學。兩人都在迷惑，究竟自己要研究什麼課題，而與此同時兩人又都開始意識到自己的真正激情在於對神經科學以及大腦科學方面的研究上。

　　然後突然之間，迸出火花。帶著年輕人之間的羅曼蒂克故事，還有在學術上的好奇心，他們開始了一項使命——找出大腦控制行為的背後機制。兩人前去拜訪了該校具有顯赫聲望的電生理學家皮爾·安德森(Per Andersen)並請求跟隨他做本科畢業課題。當時安德森正在開展對大腦海馬體區域神經細胞活動的研究——這是大腦中一個與記憶有關的區域。此刻，兩位年輕的學生決心將細胞的精確活動機制與動物行為聯繫起來。安德森與當時大多數的神經科學家一樣，對像這樣直接跨越如此巨大的一步心存疑慮。但是這兩位年輕人非常堅持，他不答應他們就不肯離開他的辦公室。於是他最後只能妥協，並未他們指定了一個聽上去相當簡單的課題：在保持小鼠對環境信息記憶能力的情況下，你最多可以切除小鼠大腦海馬體的多大一部分？

　　於是兩位年輕人接受了這項挑戰，並很快有了重大的發現。在當時，科學家們普遍認為海馬體是均一的。但莫瑟爾夫婦發現海馬體的一側在空間記憶方面要比另一側重要得多。這一經歷讓他們意識到詳細大腦解剖工作的重要性，這一點後來在他們的職業生涯中被證明是無比寶貴的一課。

　　1984年，當時還是本科學生的兩人登上了非洲坦尚尼亞境內的乞力馬扎羅山山頂，並在這裡交換了訂婚戒指。但因為山頂的溫度實在太冷，他們兩人不得不用最快的速度完成戒指交換，然後趕緊戴上手套。此時的兩人已經設想好了他們未來共同生活的樣子：先生孩子，然後去國外做博士后研究，最後在世界的某一個地方建立自己的實驗室。這一計劃實現了——並且實現的速度要比他們原先的設想更快。甚至還在博士答辯完成之前，他們兩人便雙雙收到了位於倫敦，約翰·奧基夫教授的實驗室發來的博士后研究職位邀請。

　　1970年代，奧基夫教授在小鼠大腦的海馬體區域發現了一種被稱作「位置細胞」的特殊神經細胞。這些細胞只有當小鼠抵達某一特定位置時才會被激活，比如靠近一個輪子，或是在門前的位置。在那之後，人們又陸續發現了其他與導航相關的神經細胞，比如有些神經細胞在小鼠的頭部轉向某一特定方向時會激活，有些則是當視野中見到邊界(比如籠子或房間的邊界)時會激活。這一研究領域非常熱門，而莫瑟爾夫婦一頭扎了進去。

　　1996年，莫瑟爾夫婦意外的收到位於特隆赫姆的挪威科技大學的助理教授職位邀請。對於這項邀請兩人顯得猶豫不決：如果接受，那麼就將意味著前往一個遠離世界學術研究中心的偏遠之地一個名不見經傳的小型大學單打獨鬥。但是這個學校願意給他們兩人兩個職位，這就意味著他們可以在一個地方一同工作，並且研究領域也是對口的，這對他們吸引力很大。於是他們最終決定接受邀請，回到了挪威，此時一同回國的還有他們的兩個小寶寶——一個蹣跚學步，另一個還是嬰兒。

　　在特隆赫姆安頓下來並不是一件容易的事。他們必須白手起家，在一間地下室里建立起自己的實驗室，另外還要建立一個實驗動物設施。但在短短几年之內，他們便得到了歐盟研究委員會的一筆巨額資助。事情變得順利多了。

　　網格細胞

　　莫瑟爾夫婦在特隆赫姆的第一個任務是改進對位置細胞信號來源的描述。儘管這些細胞本身位於海馬體，但也有可能是位於其他位置的細胞對它們發出指令，控制它們何時激活。還記得他們本科時代在實驗室中學到的經驗嗎？此時它開始發揮作用了——莫瑟爾夫婦知道，他們必須從解剖學入手，探查信號是如何在此間進行傳遞的。

　　在實驗室中，他們兩人採用標準化的實驗手段研究位置細胞：將電極直接植入小鼠的海馬體並記錄當它在一個大盒子內自由奔跑時產生的大腦信號。這些植入的電極靈敏度極高，可以記錄下單個神經細胞發出的信號，這些信號會被送入計算機並匹配這些神經細胞被激發時小鼠在盒子中所處的位置。這些點的位置在屏幕上以黑點的形式呈現。為了確保小鼠的活動區域涵蓋了整個盒子區域，夫婦倆還特地在盒子底部均勻的撒上一些巧克力碎塊——要知道，不管在實驗室里還是在實驗室外，莫瑟爾夫人都是一位熱心的巧克力愛好者。

　　莫瑟爾夫婦採用化學方法人為地讓小鼠海馬體的部分區域失效，並觀察在這樣的情況下位置細胞是否還照樣會發揮作用。通過這種方法，他們注意到信息流是從臨近的內嗅皮層傳導而來的，這是小鼠大腦後下方一處垂直方向上的微小組織。此前沒有人對這一不起眼的組織投入過多的關注，部分原因是因為這一組織非常難於接觸。其一側非常接近一根大的血管，在這裡進行操作將可能引起致命後果。在向一位大腦解剖學專家請教之後，莫瑟爾夫婦得出結論，植入電極的最佳位置應該是避開血管，而置於接近大腦皮層的地方。然後他們開始不斷重複這一實驗，記錄來自內嗅皮層單個神經細胞的信號。也就是在這一時刻，他們有了突破性的發現。

　　莫瑟爾夫婦注意到，內嗅皮層區域的神經細胞會在小鼠通過某一特定點的時候發生激活，這一點和海馬體區域的位置細胞很像。但它們在其他幾個區域也同樣會發生激活。當盒子里的小鼠正忙著到處在盒子底部找巧克力碎塊吃的時候，莫瑟爾夫婦在一旁專註的觀察它們的行為，而計算機則不斷記錄著小鼠的大腦神經細胞信號並在位置圖上進行繪製。莫瑟爾夫婦注意到這些位置點似乎構成了某種模式，但此時他們還無法搞清楚這究竟意味著什麼。

　　幾個月的時間過去了，莫瑟爾夫婦突然意識到，他們應該找一個更大的盒子來讓小鼠在其中奔跑，這樣就能獲得更大尺度上的位置圖形，也就或許那樣就能更好的進行判讀。這樣做了之後，一個圖形模式漸漸清晰起來——那是一個呈六邊形的網格形狀，就像一個蜂巢。起先他們不敢相信這樣的結果。這樣簡單而規則的圖形是他們無論如何也無法相信會出現的結果——一般而言，在生物學實驗中得到的結果會比這雜亂的多。但一個接一個，莫瑟爾夫婦逐一排除了所有的可能性，比如是否有可能這樣的圖案是他們的電極設備問題導致的？

　　那麼既然這是事實，那它究竟意味著什麼？在盒子里並沒有六邊形狀存在，這一形狀是在小鼠的大腦內抽象地形成併疊加於環境背景之上的，當小鼠經過這一抽象六邊形上的某一點時，某一對應的神經細胞就會被激活。這是一項重大的發現——這是空間的大腦語言，大腦正是依靠這種語言來刻畫周圍的空間環境的，這也正是人們長期以來苦苦尋求的問題的答案！2005年，莫瑟爾研究組正式發表了他們的研究結果。

　　隱藏的模式

　　不久之後，莫瑟爾小組開始對這些網格細胞進行測試。他們發現即便在黑暗之中，這些細胞激活的模式圖形仍然是穩定的，並且與動物的運動速度與方向無關。當生物體所處環境發生輕微改變——比如變換盒子的顏色時，小鼠大腦內的位置細胞激活會隨之發生輕微改變，但網格細胞的激活仍然保持穩定。莫瑟爾夫婦還發現內嗅皮層區域的不同細胞會產生很多不同的圖形模式，就像相互重合的蜂巢——大的，小的，與盒子的邊界之間呈現各種不同的角度與位置關係。最終，他們意識到大腦中的這些網格細胞遵循著一個嚴格的數學公式。

　　那些產生較小圖形以及較窄空間間隔的細胞都位於內嗅皮層的頂部，而那些產生較大網格的細胞則位於底部的位置。但還有比這更加精確的對應關係：那些產生相同大小與方點陣圖形的細胞似乎都聚集在一起，形成一個獨立單元。這些單元似乎形成沿著內嗅皮層上下方向分佈的順序，並且所有這些單元，從小到大，每隔一個，其產生圖形的大小都擴大1.4倍，這是一個常數。另外，那些對應相對盒子邊界不同位置的網格細胞則是無規則地散布在整個結構之中。假設相似的結構存在於人類的大腦之中，那麼這就意味著這些細胞會在你毫無意識的情況下自動記錄我們所處的位置，當我們在房間之間來回穿行，在街道上隨意走動的時候確保我們不會迷路。

　　全部都在頭腦之中

　　這些發現讓莫瑟爾夫婦一頭闖進了至少從古希臘時代以來科學家們和哲學家們一直在思考的領域，那就是大腦，記憶與位置環境之間的關係。在那時候，一位計劃進行長篇演說的哲學家為了記住自己的講稿，會將自己演講的不同段落與現場不同的建築背景或場景結合在一起。這樣一來他便能隨著自己思維地圖的指引，幾乎非常流暢的完成抑揚頓挫的長篇演說，每一處不同的地標都會激活演講人大腦中的一個特定區域，提示他接下來所要講的話。對於記憶與位置環境之間關係的研究熱情一直延續到了20世紀，當時的行為科學家們首次提出，動物的大腦中可能存在知覺地圖，其中存儲了有關周圍空間的信息。而網格細胞的發現最終證實了這一觀點。

　　這項發現同時也讓理論學家們大吃一驚，因為六邊形是藉助最小網格數量達成最高空間解析度的最優化圖形方案。這一方案最節約能量，它展示了大腦運作設計的精妙與高效率。德國慕尼黑大學計算神經學家安德亞斯·赫茲(Andreas Herz)表示：「誰會相信這樣一個優雅的六邊形圖案會存在於我們的大腦深處呢？真是難以置信，大腦竟然使用著同一個我們在數學中已經使用了數百年的簡單幾何圖形。」這種令人震驚的簡潔給人以希望，那就是整個大腦的運作機制或許是遵循著某些數學計算原則，因而最終是可以被人們所理解的。

　　當然，要達成那樣的理解還有很長的路要走。大腦用來描述這個世界其他方面的語言或許不太可能跟這次的情況一樣簡單，也或許某個神經細胞實際上承擔著對世界不同角度的描述功能，這種疊加會讓解譯工作變得異常艱難。莫瑟爾夫婦發現的網格細胞具有重要的意義，因為它們在整個大腦網路流程中居於較高的地位——它們並沒有直接的感覺信息輸入。視覺皮層的密碼方式會由於照射到視網膜上光線明暗的差異而出現不同，而與之相反，內嗅皮層則是依據它從大腦其他區域接收到的環境信息，完全獨立地產生了六邊形的圖形模式。

　　隨著他們的實驗室發表一篇又一篇高質量論文，莫瑟爾夫婦的實驗室也吸引了更多的學者和更多的資金。神經科學家大衛·羅蘭德(David Rowland)在2005年第一次讀到有關網格細胞的論文時還在奧斯陸大學攻讀博士學位，他回憶道：「我覺得它簡直酷極了，我當時就決定我的第一個博士后職位想在莫瑟爾小組的實驗室里度過。」最後他如願以償。後來他加入了莫瑟爾研究組以及他們創建的特隆赫姆卡維里研究院。現在這裡非常繁忙，有6個研究組在這裡開展研究，每一個研究組的課題都針對神經迴路與神經密碼的不同方面。

　　前路漫漫

　　並非每一對夫婦都能做到像莫瑟爾夫婦那麼舒適和諧地共同工作。莫瑟爾夫婦將此歸結為他們兩人隨和的脾氣和共同的興趣——不僅是科學，還有其他方面也是一樣。他們兩人都喜愛戶外運動：莫瑟爾夫人三天兩頭會在他們位於海邊的房子附近起伏的山地跑步，而莫瑟爾先生則會在周末出去徒步行走。他們兩人都對火山充滿熱情，這也是為什麼他們兩人會在一座休眠火山的山頂訂婚的原因。他們已經一同攀登了世界各地的許多座高山。

　　當進行工作時，他們逐漸形成了某種分工合作的方式。丈夫更多的進行計算與理論工作，而妻子則負責實驗室的管理以及人員管理，並承擔更多的實驗工作任務。莫瑟爾先生表示：「我們有著不同的長處，每次我們將各自的長處相結合，我們都能做出更好的結果。」他們還約定，每次去參加會議時都只去一個人，這樣就能有另一個人留在實驗室繼續工作。莫瑟爾先生說：「因此我們兩個並不是每天都在一起，就像很多外人想象的那樣。」

　　不過即便有了這樣巨大的突破，但莫瑟爾夫婦的實驗室，以及全球各地許多致力於網格細胞研究的實驗室，都還有很多東西要繼續探索。科學家們目前還無法弄清內嗅皮層內的神經細胞究竟是如何產生這種網格結構的，也不知道大腦內的位置細胞，網格細胞以及其他類型的導航細胞所產生的信息究竟是如何被組織起來，從而幫助動物成功地從一個地點抵達另一個地點的。要想解開這些謎團需要更多的數據，而目前莫瑟爾實驗室正在進行著多個實驗，採集所需要的數據。

　　下一步，科學家們還需要弄清楚，這些網格細胞是如何與動物的整體神經網路發生鏈接的，以及這種鏈接是在何時形成的。早期研究顯示這些網格細胞大約在生物出生之後3~4周內便完全形成了。這就意味著新生的幼年動物——包括人類或是老鼠，在它們出生時都已經具有了非常原始的有關自己所處位置的知覺，隨著它們的大腦逐漸適應這個世界，這種原始的空間知覺也隨之開始發展成熟。莫瑟爾研究組還計劃進行一項測試，即，如果讓一隻小鼠在一個完全圓形，完全沒有任何稜角的環境中出生並長大，這樣長大的小鼠的網格細胞呈現的內在六邊形圖形模式是否會出現變化？

　　在神經密碼的抽象領域之外，網格細胞也同樣有著重要的意義——那就是理解記憶以及記憶的喪失現象。內嗅皮層是阿爾茨海默綜合征患者的大腦內首先發生損害的部位之一，而這種病症最初的癥狀也正是記憶喪失與迷路。莫瑟爾研究組認為內嗅皮層區域的細胞可能具有某些特殊的性質，因而較為容易在該病的早期受到損害——有關這個問題的答案，或許還需要世界其他地方的科學家們繼續開展進一步的研究。

　　與此同時，莫瑟爾夫婦仍在繼續探討著有關大腦究竟如何指引他們回家的話題。而在他們的身影之外，任何一個到過特隆赫姆機場的人都能感受到莫瑟爾夫婦的存在——這裡貼著13名最知名挪威人的畫像，其中絕大多數都是運動員或藝術家，莫瑟爾夫婦是其中唯一的兩張科學家面孔。

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