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□本報記者王丹譚嘉通訊員沈基飛□

　　我們如何知道自己身在何處，又如何識別來路,，這是一個哲學問題還是科學問題,？2014年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的獲獎者——約翰·奧基夫、梅-布里特·莫澤和愛德華·莫澤告訴我們,，答案是后者,。雖然與大腦中無數(shù)神經元和細胞相比，他們的發(fā)現(xiàn)只是冰山一角,，但仍為人類認知自我,、探究精神和智力的奧秘打開了一扇大門。
　　空間認知領域里程碑式的發(fā)現(xiàn)
　　“實至名歸,。”北京大學神經科學研究所研究員伊鳴談及此次獲獎成果難掩興奮,。作為獲獎者約翰·奧基夫的學生，他曾在英國倫敦大學學院解剖與發(fā)育生物學系神經科學專業(yè)學習了5年半,，研究領域正是小鼠海馬神經網絡動力學變化及其與動物病理學及行為學變化的相關性,。
　　為了讓記者更好地理解3位科學家對于空間認知發(fā)展的巨大貢獻，伊鳴拿出了其所講授的研究生課程PPT,，為記者上了生動一課,。
　　“科學界對空間認知的研究，可以追溯到上世紀30年代~40年代,。當時,，全球認知心理學領域頂級專家Lashley提出了‘刺激反應模型’，從心理學角度對空間認知進行了解釋,，其基本理論是個體對于空間認知的過程來自于對視覺,、聽覺等各種不同刺激的累積反應,。然而，幾年后,，這一當時被奉為圭臬的假說,，被一系列的動物實驗推翻了,。
　　1948年,，愛德華·托爾曼又提出了“認知地圖”的概念，即空間認知過程不是單純的刺激—反應,，而是大腦某些地方可以通過編寫地圖告訴個體自身位置,。可惜的是,，這一假說一直沒有得到證實,。
　　直到1957年，世界上首個切除雙側海馬腦區(qū)以治療嚴重癲癇的病例被報道,，患者術后失去了形成新的長時間記憶的能力,，空間認知也出現(xiàn)了障礙，這些變化首次證實了“認知地圖”可能真的存在,，而且存在部位可能在海馬腦區(qū),。
　　此后，全球神經解剖學,、生理學,、行為學等不同領域的科學家都把研究重心放在了海馬腦區(qū)，嘗試回答這一腦區(qū)參與認知過程的機制,，但一直未能獲得成功,。直到1971年，約翰·奧基夫發(fā)現(xiàn)了海馬腦區(qū)的“位置細胞”,。
　　伊鳴為記者播放了一段視頻,。視頻還原了奧基夫的實驗：大鼠在一個箱子里自由活動，電極被埋置在大鼠海馬腦區(qū),，大鼠在活動中,，每經過一個特定區(qū)域，一個海馬神經元（位置細胞）就會開始發(fā)放動作電位,，與此同時,，記錄神經元放電的設備閃爍燈光，并發(fā)出“呲呲”的放電聲音,。
　　1978年,，奧基夫等人編寫了《海馬是一個認知地圖》一書，第一次比較完整系統(tǒng)地闡述了海馬腦區(qū)的功能,，以及空間認知行為機制,。
　　在此基礎上,，莫澤夫婦于2005年在海馬腦區(qū)上游的“內嗅皮層”區(qū)域發(fā)現(xiàn)了“網格細胞”，當小鼠運動不同距離時,，特定的神經元會被激活,，當內嗅皮層上百萬神經元放電情況累計后，小鼠就可以對自己的運動軌跡進行判斷,。
　　“從數(shù)學模型角度來說,，個體定位自身位置有兩個重要因素，一是方向,，二是距離,，因此，當這兩個關鍵因素的細胞機制被揭示后,，空間認知過程中最核心的問題也得到了解決,。”伊鳴表示，此后,，莫澤夫婦又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)嗅腦其他細胞能夠同時判斷距離和方向,，以及環(huán)境的“邊界”，而上述細胞與“位置細胞”構成一條完整的回路,。這一回路系統(tǒng)構成了一個復雜的定位體系,，大腦內置“GPS”的運轉機制被揭示。
　　成功來自思想創(chuàng)新和科學理想
　　“在空間認知領域,，有一個固定短語,，叫‘奧基夫試驗’，意味著對于實驗設計的推崇,。”在采訪中,，有專家告訴記者，奧基夫的研究中最顯著的特點就是,，依靠巧妙的實驗設計,，結合一些基本的實驗技術，回答最關鍵的科學問題,。“這與一些科學家,，更多依賴新興技術進行研究完全不同。”
　　“1971年直接導致他獲獎的工作就是最好的例子,。”據介紹,，1957年~1971年，全球神經科學家?guī)缀醵荚谧鐾患?，就是把電極放在小鼠的海馬腦區(qū),，探索這一區(qū)域如何編碼空間記憶。然而，14年間都沒有人給出答案,。
　　與其他科學家相比,，奧基夫只是對實驗設計進行革新，便改寫了歷史,。“之前科學家都是找一個小箱子,，把老鼠放進去，然后不斷進行光,、電,、熱等刺激，希望找到與刺激相對應的神經元改變,。但沒有人能夠做出結果,。雖然奧基夫也應用相同的電生理技術,，但他只是把小鼠放在一個大箱子里,，讓小鼠自由活動，從而觀察某些神經元放電的時候,，老鼠在干什么,。”
　　不僅如此，奧基夫在上世紀90年代就提出了一系列假說,，即在大腦的某個地方,，可能存在一些其他類型的神經元，不僅能編碼距離,、邊界,，還能夠同時編碼方向和距離，而其中很多核心理論都被之后的研究證實了,。
　　在伊鳴看來,，奧基夫是一個隨性的人，但這并不影響他對于學術觀點的堅持,。“一個經典的例子,，1978年奧基夫就海馬功能進行了系統(tǒng)闡釋，直到1999年,，一位美國科學家提出海馬腦區(qū)與嗅覺相關,，這與奧基夫的理論完全相悖。對此,，奧基夫沒有冷眼旁觀,，也沒有微笑接受，而是讓學生按相同方法重復美國科學家的實驗,，發(fā)現(xiàn)結果和報道完全不同,，隨后，他把自己的研究結果公開發(fā)表,，并不懼怕因此得罪同行,。
　　神經科學研究是一片“藍海”
　　在科學界,，對于此次諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的歸屬有不同聲音。對此,，伊鳴分析稱,，之所以有爭議，可能是因為3位科學家對于空間認知的發(fā)現(xiàn)更多只是解釋機制,，還沒有解決臨床問題,。此外，獲獎成果更多針對空間行為和空間探索,，相比于DNA雙螺旋結構被發(fā)現(xiàn)等一些改變生物學進程的科學成果,，影響范圍確實比較局限。
　　“但不能否認,，3位科學家的研究成果,，確實是整個認知科學領域最重要的發(fā)現(xiàn)。而包括空間認知在內的神經科學研究的終極目標,，就是回答精神活動的生物學基礎,。”伊鳴說。
　　軍事醫(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所神經生物學研究室研究員劉少君表示,，神經科學涉及學習,、記憶、認知,、決策,、語言、情感等多種高級腦活動,，又與運動,、感覺、內臟調節(jié)等個體的生存密切關聯(lián),。不僅如此,，神經科學研究還包含了神經系統(tǒng)疾病的發(fā)生和治療，腦和脊髓創(chuàng)傷的修復,，以及上述腦功能相關神經環(huán)路等,。神經科學是當今最復雜的研究領域，也是最具突破前景的科學領域,。從1901年設立諾貝爾獎至今的114年間,，已有25個年度授予了48位神經科學家；而今年,，諾貝爾獎又第一次授予大腦空間認知領域研究,。
　　“當前一些基于動物研究的核心理論已經在人類身上被證實，例如，近期采用大腦成像技術研究以及對接受神經外科手術的患者進行的研究表明,，‘位置細胞’與‘網格細胞’同樣存在于人類大腦中,。因此，對于大腦定位系統(tǒng)的了解或許會幫助我們理解某些疾病中空間記憶缺失的具體機制,。”伊鳴說,，但客觀而言，要真正將理論轉化為技術,，還有一段路要走,。

　　記者手記
　　我國神經科學研究差距在哪里
　　最近20年，我國神經科學研究已經取得世人矚目的進步,，但與歐美國家相比還有很大差距,，原因包括科研投入少、科學管理理念落后,、評價機制不科學,、一些科學家缺乏勇于創(chuàng)新的勇氣和毅力不足等。
　　在接受記者采訪時,，有專家坦言,，雖然我國也有一批頂級神經科學專家，但“獨木難成林”,。而國外神經科學研究梯隊呈現(xiàn)金字塔狀態(tài)，基礎雄厚,，佼佼者往往是通過充分競爭產生的,。
　　在空間認知領域，我國的研究人員更少,。專家表示,，認知過程的本質是一個“主觀”的過程，而科學的標準恰恰是“客觀”,，因此國內學界更傾向于“客觀”的科學研究,，再加上國內以SCI論文數(shù)和“影響因子”為主要衡量指標的評判標準，限制了學者創(chuàng)新研究的熱情,。
　　如果以論文數(shù)和影響因子作為評判標準,，奧基夫肯定不算成功者，他平均一年產出一篇論文,，且并非全部發(fā)表在頂級雜志上,，但他的工作直接創(chuàng)建了一個新的研究領域，且每篇文章都解決了這一領域中的一個關鍵問題,。
　　專家直言,，如果國外一有突破、一有人獲得諾獎我們就去追隨，那我們的科研步伐將永遠步人后塵,，還會給自己戴上“緊箍咒”,。應著眼于我國神經科學的需求和重大科學問題，探索前人未涉的科學領域,。
　　采訪中,，首都醫(yī)科大學北京神經科學研究所所長、神經生物學系徐群淵教授對記者說,，腦科學研究水平是國家競爭力的體現(xiàn),。目前，歐美各國已相繼制訂今后10年甚至更長時間的腦科學研究計劃,，投入巨額資金進行創(chuàng)新性的神經科學技術研發(fā),。中國腦科學研究計劃也即將出爐，我國具有豐富的臨床病例資源,，以腦重大疾病為切入點來探索人腦奧秘應該是制訂腦研究計劃的一個思路,，即在注重基礎研究的同時，應注重重大腦疾病的防治技術研發(fā),，集中力量攻關,。
　　在記者采訪中，伊鳴憶起奧基夫曾送給他的一句話：“不要想做什么能得諾貝爾獎,、什么好發(fā)文章就做什么,，而是對什么感興趣就做什么，并且堅持,。”這值得我國科研人員思考,。

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大腦內部GPS如何為人所知

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