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2014诺贝尔医学奖由3名科学家共享 - 发现大腦GPS 位置細胞+網格細胞
2014诺贝尔医学奖由3名科学家共享 - 发现大腦GPS 位置細胞+網格細胞
2014/10/6 3:12:22 | 浏览:2026 | 评论:0

                  

2014诺贝尔医学奖由3名科学家共享 - 发现大腦GPS 位置細胞+網格細胞

2014诺贝尔医学奖由3名科学家共享 - 发现大腦GPS 位置細胞+網格細胞 

2014年诺贝尔奖生理学或医学奖得主为英国科学家约翰•奥基夫(John O'Keefe)、挪威科学家夫妇迈-布里特-莫泽(May Britt Moser)和爱德华-莫泽(Edvand Moser),以表彰他们发现了大脑中负责定位系统的细胞。

这三位科学家解决了一个困扰科学家和哲学家几个世纪的问题———大脑如何对我们生活的环境产生一个地图并为我们导航,也就是控制方向感的细胞群。他们的发现有可能帮助解释为什么有阿兹海默症的病人认不出他们熟悉的环境。

约翰•奥基夫是英国的神经科学家,迈-布里特•莫泽和丈夫爱德华•莫泽都是挪威心理学家、神经科学家,后面两位也是诺贝尔奖史上第五对获奖的夫妻。

约翰-奥基夫1939年出生于美国,现为英国神经科学家,伦敦大学学院解剖学系和认知神经科学研究所的教授。奥基夫在纽约长大,于纽约市立大学获学士学位,在麦吉尔大学获博士学位。他以发现海马体中的位置细胞而闻名,它们可以以θ相移的方式显示临时编码。2013年与爱德华·莫泽、迈-布里特·莫泽同获霍维茨奖。

迈-布里特-莫泽1963年出生于挪威,现为挪威心理学家、神经科学家,挪威科技大学卡夫利科系统神经科学研究所和记忆生物学中心创始主任。莫泽和她的丈夫爱德华·莫泽在过去数十年中领导了一系列脑机理的前沿研究。2013年获霍维茨奖。

爱德华-莫泽1962年出生于挪威,现为挪威心理学家、神经科学家,挪威科技大学卡夫利科系统神经科学研究所和记忆生物学中心创始主任。莫泽和他的妻子迈-布里特·莫泽在过去数十年中领导了一系列脑机理的前沿研究。2013年获霍维茨奖。

1971年,约翰·奥基夫发现了构成这一体系的第一个组成部分。他在大脑一个名叫“海马体”的区域发现一种特殊的神经细胞,当实验小鼠在房间内的某一特定位置时其中一部分这样的细胞总是显示激活状态。奥基夫认为这些是“位置细胞”,它们构成了小鼠对所在房间的地图。

位置細胞+網格細胞 為大腦導航的GPS
 
諾貝爾醫學獎今年頒給研究大腦空間導航的學者、英國倫敦大學學院教授歐基夫和挪威科技大學教授伊─布里特.穆瑟及愛德華.穆瑟夫婦,他們因發現「大腦中的GPS」—組成大腦定位系統的細胞而獲獎,而這同一獎項的兩個項目相隔30多年。

1971年,歐基夫就發現了構成這一體系的第一個組成部分。他發現,大腦的海馬體裡有一種特殊的神經細胞,每當老鼠身處屋子的特定位置時,這種細胞的一部分就會被激活。當老鼠到了房間內的其他位置時,另外一些細胞則被激活。歐基夫認為,這些「位置細胞」(place cells)構成了房間位置的一幅地圖。

34年之後的2005年,穆瑟夫婦發現了大腦定位機制的另外一項關鍵組成部分。據諾貝爾獎官網說,他們確認了另外一種神經細胞,將其稱為「網格細胞」(grid cells)。這種細胞能夠產生一種座標系統,從而使得精確定位與路徑搜尋成為可能。二人的後續研究則揭示了位置和網格細胞是如何令定位和導航成為可能的。

專家表示,大腦導航對人類的空間記憶、認知及知識建構,提供神經科學架構,是生理及醫學上重要的里程碑,對神經科學及腦科學有重要貢獻。

專家指出,諾貝爾醫學獎得主提出的位置細胞及網格細胞,對人類空間導航(Navigation)建構的意義非凡。位置細胞就像座標,網格細胞則進一步形塑大腦的空間導航座標系統,網格細胞就像航海家在大海中畫出經緯度,幫助人們了解自己的所在位置、方向、速度,進而形成衛星定位(positioning)的導航圖,幫助人類進行空間記憶及知識建構,甚至還能根據方位及速度,不斷調整、搜尋建構動態路徑。

以計程車司機為例,無論乘客從何處上下車,司機腦海中總有清楚的導航圖,其實就是網格細胞的作用,車子能在大街小巷行走,儘管不停地繞來繞去,最後一定能將乘客送到目的地。一級方程式的賽車手也是如此,賽車手在高速行駛下,車子一定不是快接近大轉彎處才放慢速度,而是配合車速、路況,隨時調整駕駛技巧,網格細胞就是賽車手腦中衛星定位GPS。

專家指出,位置細胞及網格細胞對人類空間建構,非常重要,不只是職業選手或駕駛,一般人時時刻刻都需要空間導航,例如出門逛街,無論到目的地或返家,都得運用空間座標導航。失智症與阿茲海默症患者,就是因為海馬迴或神經細胞損傷,經常出門找不到回家的路,出現記憶衰退或迷路、失去方向感。
 
治療阿茲海默症 現曙光
 
獲2014年諾貝爾醫學獎的大腦空間定位研究雖是基礎醫學,但未來可能是阿茲海默型失智症治療的一線曙光。

歐巴馬總統於去年宣布未來十年腦科學計畫,歐洲也推出人腦計畫,全球科學家都想了解,總數達10的13次方的腦神經細胞究竟如何運作,這次諾貝爾醫學獎頒給這三位鑽研腦神經細胞的學者,呼應當代腦科學研究潮流。

專家指出,腦神經的連結是科學研究趨勢。了解腦神經細胞對位置的記憶功能,有助於解開阿茲海默症空間記憶退化的機轉,可做為未來研究阿茲海默新藥的基礎。很多阿茲海默症的治療新藥,都會利用老老鼠不喜歡水的特性,進行迷宮試驗。

研究人員把老鼠放入水中,裡頭有一個老鼠看不見的平台,方向感差的老鼠會在水中漫無目的亂游,方向感佳的老鼠嘗試幾次後,會記住如何游到平台的方位,下次被丟入水中時,就會啟動記憶,直接游向平台。老鼠實驗運用的正是網格細胞的原理,人類也是如此,大腦「海馬迴」不只是記憶地點,連複雜的空間座標都能辨識,作出精確定位及移動判斷。

專家說,過去認為空間、記憶和情緒,由大腦不同區域分開負責,但2014年諾貝爾醫學獎的研究卻推翻這樣的看法,其實大腦處理記憶和空間是相關的,了解空間定位的訊息傳遞,未來可透過腦部刺激,治療阿茲海默造成的空間記憶退化。

除了阿茲海默症以外,癲癇症、憂鬱症等疾病也與「海馬迴」有關連,或許也對此類疾病有所幫助。 
 
夫婦檔獲獎 史上第四對
 
6日獲得今年諾貝爾醫學獎的穆瑟夫婦,是諾貝爾獎有史以來第四對同時獲獎的夫婦,距離上一次獲獎的夫婦檔已超過60年。

穆瑟夫婦兩人皆來自挪威鄉村,他們上同一所高中,但直到進入奧斯陸大學才彼此認識。他們在大學時即結婚,育有兩個女兒。

史上第一對「諾貝爾獎夫婦」,是1903年的物理獎得主居禮夫婦。第二對是1935年的化學獎得主,居禮夫婦的女兒和女婿。第三對則是1947年的醫學獎得主科里夫婦。

此外有一對夫婦未在同年獲獎,他們是1974年獲經濟獎的繆達爾及1982年獲和平獎的阿爾娃.繆達爾。

歷來諾貝爾獎得主中有五對父子、一對兄弟,如以家族來計算,居禮家族以五面獎牌創下難以打破的紀錄,因為居禮夫人兩度獲獎,1903及1911年分別獲得物理獎及化學獎。

許多諾貝爾獎得主的研究成果,初始都曾遭到外界嘲弄與駁斥,然而後來都得以平反,摘下諾貝爾桂冠,一如今年的三位獲獎人。

牛津大學生理學退休教授史坦(John Stein)說:「我記得,約翰(歐基夫)率先描繪『定位細胞』時,在1970年代初期遭到多麼嚴重的嘲笑。當時典型的反應為『注定是人為現象』以及『他顯然低估老鼠的嗅覺』。現在,如同眾多剛開始具有高度爭議的想法,人們都說:『嗯,那是顯而易見的』。」

目前擔任倫敦大學學院(UCL)神經迴路與行為中心主任的歐基夫,1971年在大腦稱為海馬迴的區域找到一種神經細胞,當老鼠在房間內特定地方時,這種神經細胞總會開啟。

當歐基夫看到,老鼠在其他地點神經細胞也會開啟後,他得出的結論是這些「定位細胞」形成這個房間的地圖。

1996年,愛德華.穆瑟與梅伊-布里特.穆瑟與歐基夫合作,學習如何記錄海馬迴細胞活動。

將近十年後,穆瑟團隊在老鼠腦部內嗅皮質區發現做為導航系統的細胞。他們發現的這些所謂的「網格細胞」會持續運作,塑造一幅外在世界的地圖,並負責動物瞭解現在、過去以及未來位置的功能。

穆瑟夫婦共獲諾貝爾殊榮後,梅伊開心地跳起舞來,還喝起了香檳。梅伊告訴路透,「這太棒了,簡直是瘋狂,我只能跳起來尖叫」;「我對我們獲得的所有支持感到驕傲。人們相信我們,相信我們過去付出的努力,如今總算獲得報償」。
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