據國外媒體報道 剛給頒發的2014諾貝爾奬生理學或醫學奬得主為：美國科學傢John O’Keefe(約翰-歐基夫) Moser夫婦：從相遇相知到攜手共領諾貝爾奬 - 趣味新聞網

發表日期 2014-10-08T11:17:41+08:00

    
據國外媒體報道，剛給頒發的2014諾貝爾奬生理學或醫學奬得主為：美國科學傢John O’Keefe(約翰-歐基夫)，挪威科學傢May Britt Moser(梅-布萊特)；以及挪威科學傢Edvand Moser(愛德華-莫索爾)，以奬勵他們在“發現瞭大腦中形成定位係統的細胞”方麵所做的貢獻。



此次的諾奬得主莫瑟爾夫婦(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迴傢？May-Britt說：“要想走迴傢，首先我們必須知道自身此刻的位置，我們要去往哪裏，何時拐彎，何時停下。真是難以置信，我們竟然不會迷路！”



如果說誰最瞭解迴傢的路，那麼一定就非莫瑟爾夫婦莫屬瞭。他們兩人在2005年因為發現瞭小鼠大腦內的“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建的全球定位係統，讓動物得以瞭解自身的位置。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，構成瞭生物體完整的導航定位體係。對這些網格細胞的研究或將幫助瞭解記憶的形成機製，並解釋為何當我們迴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”。夫妻兩人閤作無間，相貌親切，彷彿一個大腦分彆長在瞭兩個不同軀體之內。他們在位於挪威特隆赫姆資金充裕的實驗室內開展工作——這裏是歐洲的遙遠角落，距離北極圈隻有大約350公裏。他們共同發錶文章，一起獲得奬項——他們是一個整體。當然他們最近獲得的奬項就是剛剛頒發的諾貝爾生理學與醫學奬瞭。他們與曾經在倫敦大學學院(UCL)的導師，神經科學傢約翰·奧基夫共同獲得瞭這一殊榮。2007年，在他們僅40多歲的年紀時，莫瑟爾夫婦獲得卡維裏基金會的資助建立一個卡維裏研究院，而全球一共隻有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傢納楚姆·烏拉諾夫斯基(Nachum Ulanovsky)錶示：“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月份造訪瞭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嚮瞭21世紀最具挑戰性的課題之一：大腦是如何工作的？就像計算機利用程式語言進行運作，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啓用的頻率與持續時間，以及大腦迴路中週期性漲落的神經電訊號模式之中。這些訊號讓大腦得以反映外部世界，如聲音，光縴，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。有瞭網格細胞的發現，莫瑟爾夫婦首先闖入瞭這一大腦科學未知的領域，而現在，這一領域麵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傢，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，從而將電腦科學與生物學，甚至哲學統一起來。”相遇相知



莫瑟爾夫婦分彆在挪威的兩座不同的北極島嶼上長大，在那裏夏季似乎是永恆的，而在漫長的鼕季，唯一照亮地麵的似乎就隻剩下天空中的北極光。他們兩人都齣身於非學術傢庭，然後兩人都去瞭同一所學校。但兩人直到1983年都互相並不認識，盡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麵的研究上。

然後突然之間，迸齣火花。帶著年輕人之間的羅曼蒂剋故事，還有在學術上的好奇心，他們開始瞭一項使命——找齣大腦控製行為的背後機製。兩人前去拜訪瞭該校具有顯赫聲望的電生理學傢皮爾·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製與動物行為聯係起來。安德森與當時大多數的神經科學傢一樣，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。於是他最後隻能妥協，並未他們指定瞭一個聽上去相當簡單的課題：在保持小鼠對環境資訊記憶能力的情況下，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瞭這項挑戰，並很快有瞭重大的發現。在當時，科學傢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麵要比另一側重要得多。這一經曆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瞭非洲坦尚尼亞境內的乞力馬紮羅山山頂，並在這裏交換瞭訂婚戒指。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瞭他們未來共同生活的樣子：先生孩子，然後去國外做博士後研究，最後在世界的某一個地方建立自己的實驗室。這一計劃實現瞭——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瞭位於倫敦，約翰·奧基夫教授的實驗室發來的博士後研究職位邀請。

1970年代，奧基夫教授在小鼠大腦的海馬體區域發現瞭一種被稱作“位置細胞”的特殊神經細胞。這些細胞隻有當小鼠抵達某一特定位置時纔會被啓用，比如靠近一個輪子，或是在門前的位置。在那之後，人們又陸續發現瞭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嚮某一特定方嚮時會啓用，有些則是當視野中見到邊界(比如籠子或房間的邊界)時會啓用。這一研究領域非常熱門，而莫瑟爾夫婦一頭紮瞭進去。

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，迴到瞭挪威，此時一同迴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。他們必須白手起傢，在一間地下室裏建立起自己的實驗室，另外還要建立一個實驗動物設施。但在短短幾年之內，他們便得到瞭歐盟研究委員會的一筆钜額資助。事情變得順利多瞭。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訊號來源的描述。盡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齣指令，控製它們何時啓用。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瞭——莫瑟爾夫婦知道，他們必須從解剖學入手，探查訊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産生的大腦訊號。這些植入的電極靈敏度極高，可以記錄下單個神經細胞發齣的訊號，這些訊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。這些點的位置在螢幕上以黑點的形式呈現。為瞭確保小鼠的活動區域涵蓋瞭整個盒子區域，夫婦倆還特地在盒子底部均勻的撒上一些巧剋力碎塊——要知道，不管在實驗室裏還是在實驗室外，莫瑟爾夫人都是一位熱心的巧剋力愛好者。

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，他們注意到資訊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嚮上的微小組織。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，在這裏進行操作將可能引起緻命後果。在嚮一位大腦解剖學專傢請教之後，莫瑟爾夫婦得齣結論，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復這一實驗，記錄來自內嗅皮層單個神經細胞的訊號。也就是在這一時刻，他們有瞭突破性的發現。



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啓用，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啓用。當盒子裏的小鼠正忙著到處在盒子底部找巧剋力碎塊吃的時候，莫瑟爾夫婦在一旁專注的觀察它們的行為，而計算機則不斷記錄著小鼠的大腦神經細胞訊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瞭某種模式，但此時他們還無法搞清楚這究竟意味著什麼。

幾個月的時間過去瞭，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。這樣做瞭之後，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齣現的結果——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瞭所有的可能性，比如是否有可能這樣的圖案是他們的電極裝置問題導緻的？

那麼既然這是事實，那它究竟意味著什麼？在盒子裏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啓用。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錶瞭他們的研究結果。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，這些細胞啓用的模式圖形仍然是穩定的，並且與動物的運動速度與方嚮無關。當生物體所處環境發生輕微改變——比如變換盒子的顔色時，小鼠大腦內的位置細胞啓用會隨之發生輕微改變，但網格細胞的啓用仍然保持穩定。莫瑟爾夫婦還發現內嗅皮層區域的不同細胞會産生很多不同的圖形模式，就像相互重閤的蜂巢——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。

那些産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，而那些産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：那些産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嚮分佈的順序，並且所有這些單元，從小到大，每隔一個，其産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佈在整個結構之中。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迴穿行，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瞭至少從古希臘時代以來科學傢們和哲學傢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傢為瞭記住自己的講稿，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閤在一起。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啓用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瞭20世紀，當時的行為科學傢們首次提齣，動物的大腦中可能存在知覺地圖，其中存儲瞭有關周圍空間的資訊。而網格細胞的發現最終證實瞭這一觀點。

這項發現同時也讓理論學傢們大吃一驚，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，它展示瞭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傢安德亞斯·赫茲(Andreas Herz)錶示：“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瞭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製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麵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資訊輸入。視覺皮層的密碼方式會由於照射到視網膜上光綫明暗的差異而齣現不同，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資訊，完全獨立地産生瞭六邊形的圖形模式。

隨著他們的實驗室發錶一篇又一篇高質量論文，莫瑟爾夫婦的實驗室也吸引瞭更多的學者和更多的資金。神經科學傢大衛·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，他迴憶道：“我覺得它簡直酷極瞭，我當時就決定我的第一個博士後職位想在莫瑟爾小組的實驗室裏度過。”最後他如願以償。後來他加入瞭莫瑟爾研究組以及他們創建的特隆赫姆卡維裏研究院。現在這裏非常繁忙，有6個研究組在這裏開展研究，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麵。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，還有其他方麵也是一樣。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週末齣去徒步行走。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。他們已經一同攀登瞭世界各地的許多座高山。

當進行工作時，他們逐漸形成瞭某種分工閤作的方式。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。莫瑟爾先生錶示：“我們有著不同的長處，每次我們將各自的長處相結閤，我們都能做齣更好的結果。”他們還約定，每次去參加會議時都隻去一個人，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。”

不過即便有瞭這樣巨大的突破，但莫瑟爾夫婦的實驗室，以及全球各地許多緻力於網格細胞研究的實驗室，都還有很多東西要繼續探索。科學傢們目前還無法弄清內嗅皮層內的神經細胞究竟是如何産生這種網格結構的，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産生的資訊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資料，而目前莫瑟爾實驗室正在進行著多個實驗，採集所需要的資料。



下一步，科學傢們還需要弄清楚，這些網格細胞是如何與動物的整體神經網路發生連結的，以及這種連結是在何時形成的。早期研究顯示這些網格細胞大約在生物齣生之後3~4周內便完全形成瞭。這就意味著新生的幼年動物——包括人類或是老鼠，在它們齣生時都已經具有瞭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齣生並長大，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齣現變化？

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閤徵患者的大腦內首先發生損害的部位之一，而這種病癥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傢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迴傢的話題。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——這裏貼著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傢，莫瑟爾夫婦是其中唯一的兩張科學傢麵孔

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