人民日报科技大观：揭秘大脑如何定位导航

　　2014年诺贝尔生理学或医学奖颁给了约翰·奥基夫教授及瑞典科学家莫泽夫妇，以“表彰他们对脑内定位细胞的研究所做出的卓越贡献”。

　　这个颁奖词着实令人好奇。我们通常理解的“定位”，是现代电子科技成果：拿出手机打开全球定位系统，地图上会显示我们的位置，但这与我们的大脑又有什么关系呢？不过，如果我们不能像手机一样搜索卫星来判断位置关系的话，我们的大脑又是如何“定位”的呢？

　　上世纪中期，科学研究主要秉承“还原法”，即将复杂事物拆分成基本组成单元，尔后通过对这种基本单元的研究，还原整个复杂系统。在神经科学中，“还原法”就发展为“神经元电生理方法”。

　　神经元是大脑的基本构成细胞，主要以发放电信号的方式实现功能。我们之所以能思考，就是靠这些细胞的有机联接。它的发放遵循“全或无”的守则，就像一个二进制的处理器，兴奋就发放，不兴奋就不发放，没有中间状态。利用这种方法，约翰·奥基夫在小鼠大脑的海马体内植入了记录神经元电发放的电极，发现小鼠神经元的发放模式似乎和小鼠所处的位置有关。他根据小鼠所处的位置和神经元发放的强烈程度绘制了一个关系图，然后惊讶地发现：关系图就是一张地图！

　　随后，这种能“画地图”的细胞被取名为“位置细胞”。每一个位置细胞对应着空间中的一个位置区域。当你处在空间某个位置时，这个位置的细胞神经元就会进入兴奋状态，仿佛在告诉你：“我在这里。”后续的一系列实验表明，这些神经元还参与了空间记忆，即不仅能回答“我在哪里”，还能回答“我是否来过这里”。约翰·奥基夫的研究具有划时代的意义，是人类第一次认识到空间认知的物理本质。

　　莫泽夫妇对这一研究成果感到十分振奋，并开始思考另一个问题——“我们知道自己的位置，但我们想去另一个地方，还需要相对的空间位置关系”。于是，他们另辟蹊径，把主要研究对象从海马体转移到与海马体联系最紧密的“内嗅皮层”，这项研究一做就是20年。莫泽夫妇发现，内嗅皮层中存在一种“网格细胞”，这些细胞在空间认知的过程中起到了“坐标轴”作用，从而使大脑可以回答“从哪里出发”的问题，并知道“要到哪儿去”。

　　这种“导航”能力，竟完全是天然之作，不禁令人慨叹。“位置细胞”和“网格细胞”开创了空间认知神经科学的纪元，其后陆续发现的“方向细胞”和“边界细胞”，则勾画出了我们认知空间位置关系的大网。这种颇具简约之美的生命认知图式，其意义已经超过了神经科学的领域，甚至让我们可以开始重新思考意识的来源及其物理本质。

　　《 人民日报 》（ 2014年10月21日 22 版）