為了不至于迷失方向，人們經(jīng)常使用手機GPS定位系統(tǒng)，確定空間方位。其實，人腦中也存在著一個類似的定位系統(tǒng)，能夠?qū)λ幍沫h(huán)境進行認知、記憶以及***。今年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎得主，約翰·奧基夫（John O'Keefe）和邁-布里特·莫澤（May-Britt Moser）及其丈夫愛德華·莫澤（Edvard I. Moser）的研究為我們揭示了大腦空間***功能神經(jīng)機制。

    早在1971年，奧基夫就和同事在大鼠大腦中的一個叫做海馬（hippocampus）的腦區(qū)里發(fā)現(xiàn)了“位置細胞”（place cell）神經(jīng)元。

    當時，他們在大鼠的海馬中植入了一個記錄電極，然后將大鼠放置在一個空曠的房間中自由活動。他們發(fā)現(xiàn)，只有當大鼠處在特定的位置上時，特定的位置細胞才會活躍，奧基夫?qū)⒛切е绿囟ㄎ恢眉毎钴S的區(qū)域稱為這些位置細胞的發(fā)放場（firing field）。大鼠通過各種感官從環(huán)境中獲取外界的特征信息，而位置細胞則能夠和海馬中其它的細胞合作，將那些輸入的特征信息與過往記錄到的不同位置的特征信息加以比對。一旦信息能夠匹配，與那個位置相對應(yīng)的特定位置細胞就會變得活躍。通過這種方法，我們的大腦能夠?qū)⑻囟ǖ奶卣餍畔⑴c特定的空間位置聯(lián)系起來，形成了空間位置記憶。

    在對位置細胞30多年的研究中，奧基夫的團隊還注意到位置細胞還可以分出一些亞類，比如有一類專門對活動邊界，敏感的神經(jīng)元，他們將其命名為邊界細胞（border cell）。

    此外，他們發(fā)現(xiàn)，和別的記憶一樣，這種空間位置記憶既可能隨著時間推移而遺忘，也可以通過反復訓練來加強，乃至終身保留。但是這種記憶的特殊之處在于它擁有一定的可塑性：當環(huán)境發(fā)生一定程度的變化時，這些記憶也可以根據(jù)環(huán)境改變作出一定的修正，這解釋了我們?yōu)槭裁茨茉谥茉猸h(huán)境不斷變化時依然可以準確地記住那些地點。

    奧基夫發(fā)現(xiàn)位置細胞30多年后，莫澤夫婦通過一系列實驗證明，動物的大腦當中也存在類似的建立空間坐標系的機制。他們的研究延伸到了海馬區(qū)以外的地方。2005年，莫澤夫婦發(fā)現(xiàn)海馬以外一個叫做內(nèi)嗅皮質(zhì)（entorhinal cortex）的腦區(qū)里有一種全新的神經(jīng)元，他們將其命名為網(wǎng)格細胞（grid cell）。這些發(fā)現(xiàn)使他們與奧基夫共享了今年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。

    雖然網(wǎng)格細胞的活躍也和動物所處的位置有關(guān)，但是與位置細胞不同，網(wǎng)格細胞的活躍并不依賴于外界輸入的特征信息，任意一個網(wǎng)格細胞的發(fā)放場在空間中均勻分布，并且呈現(xiàn)出一種蜂巢式的六邊形網(wǎng)格狀。

    此外，莫澤夫婦還發(fā)現(xiàn)，早些年發(fā)現(xiàn)的另外兩種細胞——邊界細胞以及位于海馬下托（subiculum）的頭部方向細胞（head-direction cell），都與網(wǎng)格細胞具有廣泛的功能聯(lián)系。其中，頭部方向細胞的功能在于分析來自前庭系統(tǒng)的信息以確定頭部朝向的方向。

    奧基夫和莫澤夫婦的工作為人類理解認知機制，探索神經(jīng)科學做出了杰出的貢獻。來自海馬的位置細胞與邊界細胞與來自內(nèi)嗅皮質(zhì)的網(wǎng)格細胞共同構(gòu)建了大腦中的“認知地圖”.

    隨著計算神經(jīng)科學的發(fā)展，科學家可以通過一些復雜的算法來確定這些細胞的精確坐標。有了網(wǎng)格細胞確定的坐標系，有了位置細胞記錄的位置特征，再加上邊界細胞劃定的邊界，在大腦中繪制地圖所需的基本信息也就完備了。順著這個思路，莫澤夫婦、奧基夫以及該領(lǐng)域的許多其它科學家很快就建立起了一套不同導向細胞之間相互協(xié)作的理論模型。這些發(fā)現(xiàn)極大地促進了對包括人類在內(nèi)的哺乳動物大腦研究。人類大腦如何運行定位系統(tǒng)的研究已經(jīng)呈現(xiàn)出一個嶄新的藍圖，在不久將來一定會更加完整精確。