解读2014诺贝尔生理医学奖:你从哪儿来,要到哪儿去?

澎湃新闻记者 吴跃伟 见习记者 周辰

2014-10-07 14:24 来源:澎湃新闻

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拥有美英两国国籍的科学家约翰·奥基夫、挪威科学家梅-布莉特·莫泽和丈夫爱德华·莫泽分享了2014年诺贝尔生理或医学奖,他们获奖的研究是“发现组成大脑定位系统的细胞”。
       
       2014年度诺贝尔奖首个奖项揭晓。
       北京时间10月6日,拥有美英两国国籍的科学家约翰·奥基夫(John O´Keefe)和两位挪威科学家梅-布莉特·莫泽(May‐Britt Moser)及爱德华·莫泽(Edvard Moser)分享了2014年诺贝尔生理或医学奖。他们获奖的原因是“发现组成大脑定位系统的细胞”。值得一提的是,后两人成为第五对被授予诺贝尔奖的夫妇。
       诺贝尔生理或医学奖颁奖词称该研究发现解决了一个困扰了哲学家们和科学家们几个世纪的问题。
解密大脑GPS系统
       我们如何得知自己身处何地?我们如何找到一个地点到另一个地点的路线?我们如何储存这些信息以便下次故地重游时能立即回想起路线?
       2014年的诺贝尔奖生理学或医学获奖者给出了答案。他们发现了大脑中的定位系统,被称为“内置GPS”,让我们能够在空间中找到方向,并实现定位,同时他们也从细胞层面上阐释了这种高级认知功能的机制。
       中国科学院一位神经生物学博士告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn),获奖的三位科学家发现大脑定位系统由三种细胞组成,它们分别执行“感知方向”、“计算距离”和“具体位置”的功能。该定位系统存在人类大脑的海马区和内嗅皮层区域。
       这位博士解释称,该定位系统工作原理是在大脑中形成一个由脑细胞组成的地图,通过对照,我们就能够确定当前位置。当来到新环境中时,定位系统会用这些脑细胞绘制一份新地图。但既然要对照,就需要记得整幅地图。否则,就难以定位,会迷路。所以,该研究也解释了阿尔兹海默症患者为什么会出现空间迷失,有助于解决这一病症。
前后研究超过四十年
       20世纪60年代末,约翰·奥基夫非常关注“大脑如何控制行为,并如何进行决策”,他试图用神经生理学的研究来解答这些问题。1971年,约翰·奥基夫率先发现了大脑定位系统的第一个成分。他让大鼠在屋内自由跑动,同时用电极记录这只大鼠大脑的海马细胞的电信号。奥基夫发现,大鼠处于房间的不同位置,其大脑海马中不同位置的神经细胞“兴奋”、有电信号、被激活。奥基夫认为,海马中的不同神经细胞与房间的每个具体位置一一对应,特定位置只能“激活”特定的神经细胞。“这些神经细胞的活性构成了一副地图。”他这样总结道,通过在不同环境中被激活的不同的位置细胞,海马体能生成很多地图。因此,关于环境的记忆以位置细胞的“活性的特定组合”的形式存储在海马体中。
       在30年后的2005年,梅-布莉特·莫泽和爱德华·莫泽发现了大脑定位系统的另一个关键的成分。他们实验中,大鼠大脑内嗅皮层的一些细胞只有在它们经过特定地点时才会被“激活”,而这些地点组成六边形的网格,因此,被激活的细胞被称为“网格细胞”,进一步的研究发现,网格细胞的存在,使精确定位和空间导航成为可能。内嗅皮层中还有能够识别大鼠头的朝向、房间边界的细胞。它们一同组成了大脑内置GPS。他们发现了另一种神经细胞,称其为“网格细胞(grid cells)”,它通过建立一个坐标系统来精确的定位和指路。他们接下来的研究显示了位置细胞和网格细胞是如何实现定位和导航的。
       三人的发现解决了一个困扰了哲学家们和科学家们几个世纪的问题——大脑是如何创建我们周围的空间地图的?我们如何在复杂的环境中给自己导航?
三位获奖者曾在同一实验室工作
       奥基夫1939年在美国纽约出生,拥有美国和英国双重国籍。1967年,他在加拿大麦吉尔大学获得生理心理学博士学位。之后,他到英国伦敦大学学院进行博士后训练,留校后于1987年被任命为认知神经科学的教授。目前,奥基夫是英国伦敦大学学院神经回路和行为研究方向塞恩斯伯里·威康(Sainsbury Wellcome)中心的主任。
       梅-布莉特·莫泽1963年出生于挪威。她在挪威奥斯陆大学,与未来的丈夫,也是此次共同获奖人爱德华·莫泽一起学习心理学。她在1995年获得神经生理学博士学位。在1996年搬去特隆赫姆挪威科技大学前,她曾是英国爱丁堡大学的博士后和伦敦大学学院的访问学者。2000年,她被任命为神经科学教授,目前是特隆赫姆的神经计算中心主任。
       爱德华·莫泽1962年出生于挪威,目前是挪威公民。1995年他在奥斯陆大学获得神经生理学博士学位。他和妻子一起攻读博士后,先在爱丁堡大学、后在约翰·奥基夫的实验室当访问学者。1996年他们搬到了挪威科技大学,1998年爱德华·莫泽在那成为了教授。他现在是特隆赫姆的卡夫利研究所(Kavli Institute)的主任,负责系统神经科学方向的研究。
诺奖重要性有争议
        中科院的这位神经生物学博士表示,学术界对该发现荣获诺贝尔奖有一定争议,因为同等重要的发现还有不少。
       此外,GPS系统最初是在大鼠大脑中发现的,虽然通过对癫痫病人的研究,也在人的大脑中发现了类似的系统,但关于人的研究工作不多。之所以不多的原因是,海马位于大脑深处,而且同时执行记忆等重要功能,一旦损伤,将影响更多生命活动,因此研究需要非常谨慎。
       争议的另一原因是,目前发现的GPS系统的机制不够清楚,为什么能执行这一功能,解释还不透彻。因为其中的多数发现是“相关性”的结论,不是因果。这些结论是通过记录大鼠大脑细胞的电活动,同时观察大鼠的行为变化得出的关联。
       而对于GPS系统中的三种细胞如果一种损伤,系统会出现什么病变,研究较少,因为这样特异杀伤一种细胞或单个细胞后进行研究的技术还没有。
【新闻链接】
207人获诺贝尔生理或医学奖,其中11位女科学家
       1901年至2014年的114年间,诺贝尔生理或医学奖共颁发105次,207位科学家获奖。其中32次,两人同时获奖;35次,三人同时获奖;38次,一位科学家独享。
       目前只有11位女性获得过诺贝生理或医学奖,其中只有一位女性——芭芭拉·麦克林托克独享一届诺贝生理或医学奖,其他都是与他人共同获得。
       这11位女性诺贝尔生理学或医学奖获得者除了2014年的梅-布莉特·莫泽,还包括:
       因对糖代谢的研究,1947年,出生在捷克的盖蒂·科里与丈夫卡尔·斐迪南·科里以及阿根廷生理学家伯纳多·阿伯托·胡赛分享诺贝尔生理或医学奖(简称“诺奖”)。
       因对肽激素的免疫放射性方法的研究,1977年,美国医学物理学家罗莎琳·萨斯曼·耶洛与另外两位科学家获得当年的诺奖,她个人获得一半的奖金。
       因对基因中转座子的研究, 1983年,美国科学家芭芭拉·麦克林托克获得诺奖。因对生长因子的研究,1986年,意大利神经生物学家丽塔·列维·蒙塔尔奇尼与同事分享诺奖。
       因对药物治疗原则的研究,1988年, 美国生化学家和药理学家格特鲁德·B·埃利恩与两位科学家分享诺奖。
       因对胚胎发育基因调控的研究,1995年,德国生物学家克里斯汀·纽斯林·沃尔哈德与两位科学家分享诺奖。
       因对嗅觉系统和气味受体的研究,2004年,美国生物学家琳达·B·巴克与另一位科学家分享诺奖。
       因发现导致女性宫颈癌的病毒,2008年,法国病毒学家弗朗索瓦丝·巴尔·西诺西与两位科学家分享诺奖。
       因对保护染色体末端的端粒和端粒酶的研究,2009年,伊丽莎白·布莱克本和卡萝尔·W·格雷德与一位科学家分享诺奖。
       有9年时间,诺贝尔奖未颁发。第一次世界大战导致1915-1918年的诺奖停止颁发,第二次世界大战导致1940-1942年的诺奖停止颁发。此外,因为没有合格的候选人,1921年和1925年的诺奖没有颁发。
       1939年,德国病理学家、细菌学家格哈德·多马克被授予诺贝尔生理或医学奖,但希特勒迫使他放弃领奖。
       目前所有诺贝生理或医学奖得主的平均年龄是58岁,他们生日最多的是5月21日或2月28日。
       1923年,德国医学科学家班廷32岁,他因对胰岛素的研究,与出生在苏格兰的生物化学家、生理学家麦克劳德分享当年的诺奖。班廷是目前最年轻的诺贝尔生理或医学奖得主。
       最年长的生理或医学奖得主是美国病理学家弗朗西斯·佩顿·劳斯,1966年,他87岁时获得诺贝尔生理或医学奖,他因发现导致肿瘤的病毒而与发现前列腺癌的激素疗法的查尔斯·布兰顿·哈金斯分享该奖项。
       
       (参考诺贝尔奖委员会官方新闻稿)
责任编辑:黄志强澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 诺贝尔奖,大脑定位系统,生理或医学奖,澎湃,澎湃新闻

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