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□本報記者王丹譚嘉通訊員沈基飛□

　　我們?nèi)绾沃雷约荷碓诤翁?，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?wù)?mdash;—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(jīng)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(lǐng)域里程碑式的發(fā)現(xiàn)
　　“實至名歸。”北京大學神經(jīng)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?wù)呒s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(jīng)科學專業(yè)學習了5年半，研究領(lǐng)域正是小鼠海馬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動力學變化及其與動物病理學及行為學變化的相關(guān)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(lǐng)域頂級專家Lashley提出了‘刺激反應(yīng)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(yīng),。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(yīng),，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(cè)海馬腦區(qū)以治療嚴重癲癇的病例被報道,，患者術(shù)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(jīng)解剖學,、生理學,、行為學等不同領(lǐng)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(jīng)過一個特定區(qū)域,，一個海馬神經(jīng)元（位置細胞）就會開始發(fā)放動作電位，與此同時,，記錄神經(jīng)元放電的設(shè)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(chǔ)上,，莫澤夫婦于2005年在海馬腦區(qū)上游的“內(nèi)嗅皮層”區(qū)域發(fā)現(xiàn)了“網(wǎng)格細胞”，當小鼠運動不同距離時，特定的神經(jīng)元會被激活,，當內(nèi)嗅皮層上百萬神經(jīng)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(guān)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(gòu)成一條完整的回路。這一回路系統(tǒng)構(gòu)成了一個復(fù)雜的定位體系,，大腦內(nèi)置“GPS”的運轉(zhuǎn)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(lǐng)域，有一個固定短語,，叫‘奧基夫試驗’,，意味著對于實驗設(shè)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(shè)計,，結(jié)合一些基本的實驗技術(shù),，回答最關(guān)鍵的科學問題。“這與一些科學家,，更多依賴新興技術(shù)進行研究完全不同,。”
　　“1971年直接導(dǎo)致他獲獎的工作就是最好的例子。”據(jù)介紹,，1957年~1971年,，全球神經(jīng)科學家?guī)缀醵荚谧鐾患拢褪前央姌O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(shè)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(yīng)的神經(jīng)元改變。但沒有人能夠做出結(jié)果,。雖然奧基夫也應(yīng)用相同的電生理技術(shù),，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(jīng)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(jīng)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(shù)觀點的堅持。“一個經(jīng)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(guān),，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(fù)美國科學家的實驗,，發(fā)現(xiàn)結(jié)果和報道完全不同,，隨后,，他把自己的研究結(jié)果公開發(fā)表，并不懼怕因此得罪同行,。
　　神經(jīng)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(jié)構(gòu)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(lǐng)域最重要的發(fā)現(xiàn),。而包括空間認知在內(nèi)的神經(jīng)科學研究的終極目標,，就是回答精神活動的生物學基礎(chǔ),。”伊鳴說,。
　　軍事醫(yī)學科學院基礎(chǔ)醫(yī)學研究所神經(jīng)生物學研究室研究員劉少君表示，神經(jīng)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(nèi)臟調(diào)節(jié)等個體的生存密切關(guān)聯(lián),。不僅如此，神經(jīng)科學研究還包含了神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生和治療,，腦和脊髓創(chuàng)傷的修復(fù)，以及上述腦功能相關(guān)神經(jīng)環(huán)路等,。神經(jīng)科學是當今最復(fù)雜的研究領(lǐng)域,，也是最具突破前景的科學領(lǐng)域,。從1901年設(shè)立諾貝爾獎至今的114年間，已有25個年度授予了48位神經(jīng)科學家,；而今年,，諾貝爾獎又第一次授予大腦空間認知領(lǐng)域研究,。
　　“當前一些基于動物研究的核心理論已經(jīng)在人類身上被證實，例如,，近期采用大腦成像技術(shù)研究以及對接受神經(jīng)外科手術(shù)的患者進行的研究表明，‘位置細胞’與‘網(wǎng)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(zhuǎn)化為技術(shù)，還有一段路要走,。

　　記者手記
　　我國神經(jīng)科學研究差距在哪里
　　最近20年,，我國神經(jīng)科學研究已經(jīng)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(jīng)科學專家,，但“獨木難成林”。而國外神經(jīng)科學研究梯隊呈現(xiàn)金字塔狀態(tài),，基礎(chǔ)雄厚,，佼佼者往往是通過充分競爭產(chǎn)生的。
　　在空間認知領(lǐng)域,，我國的研究人員更少,。專家表示，認知過程的本質(zhì)是一個“主觀”的過程,，而科學的標準恰恰是“客觀”,，因此國內(nèi)學界更傾向于“客觀”的科學研究,，再加上國內(nèi)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(chǎn)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(lǐng)域,，且每篇文章都解決了這一領(lǐng)域中的一個關(guān)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(yīng)著眼于我國神經(jīng)科學的需求和重大科學問題,，探索前人未涉的科學領(lǐng)域。
　　采訪中,，首都醫(yī)科大學北京神經(jīng)科學研究所所長,、神經(jīng)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(jīng)科學技術(shù)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(yīng)該是制訂腦研究計劃的一個思路,，即在注重基礎(chǔ)研究的同時,，應(yīng)注重重大腦疾病的防治技術(shù)研發(fā)，集中力量攻關(guān),。
　　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(nèi)部GPS如何為人所知

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