為了不至于迷失方向，人們經(jīng)常使用手機(jī)GPS定位系統(tǒng)，確定空間方位。其實(shí)，人腦中也存在著一個(gè)類(lèi)似的定位系統(tǒng)，能夠?qū)λ幍沫h(huán)境進(jìn)行認(rèn)知、記憶以及***。今年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主，約翰·奧基夫（John O'Keefe）和邁-布里特·莫澤（May-Britt Moser）及其丈夫愛(ài)德華·莫澤（Edvard I. Moser）的研究為我們揭示了大腦空間***功能神經(jīng)機(jī)制。

    早在1971年，奧基夫就和同事在大鼠大腦中的一個(gè)叫做海馬（hippocampus）的腦區(qū)里發(fā)現(xiàn)了“位置細(xì)胞”（place cell）神經(jīng)元。

    當(dāng)時(shí)，他們?cè)诖笫蟮暮ｑR中植入了一個(gè)記錄電極，然后將大鼠放置在一個(gè)空曠的房間中自由活動(dòng)。他們發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)大鼠處在特定的位置上時(shí)，特定的位置細(xì)胞才會(huì)活躍，奧基夫?qū)⒛切?dǎo)致特定位置細(xì)胞活躍的區(qū)域稱(chēng)為這些位置細(xì)胞的發(fā)放場(chǎng)（firing field）。大鼠通過(guò)各種感官?gòu)沫h(huán)境中獲取外界的特征信息，而位置細(xì)胞則能夠和海馬中其它的細(xì)胞合作，將那些輸入的特征信息與過(guò)往記錄到的不同位置的特征信息加以比對(duì)。一旦信息能夠匹配，與那個(gè)位置相對(duì)應(yīng)的特定位置細(xì)胞就會(huì)變得活躍。通過(guò)這種方法，我們的大腦能夠?qū)⑻囟ǖ奶卣餍畔⑴c特定的空間位置聯(lián)系起來(lái)，形成了空間位置記憶。

    在對(duì)位置細(xì)胞30多年的研究中，奧基夫的團(tuán)隊(duì)還注意到位置細(xì)胞還可以分出一些亞類(lèi)，比如有一類(lèi)專(zhuān)門(mén)對(duì)活動(dòng)邊界，敏感的神經(jīng)元，他們將其命名為邊界細(xì)胞（border cell）。

    此外，他們發(fā)現(xiàn)，和別的記憶一樣，這種空間位置記憶既可能隨著時(shí)間推移而遺忘，也可以通過(guò)反復(fù)訓(xùn)練來(lái)加強(qiáng)，乃至終身保留。但是這種記憶的特殊之處在于它擁有一定的可塑性：當(dāng)環(huán)境發(fā)生一定程度的變化時(shí)，這些記憶也可以根據(jù)環(huán)境改變作出一定的修正，這解釋了我們?yōu)槭裁茨茉谥茉猸h(huán)境不斷變化時(shí)依然可以準(zhǔn)確地記住那些地點(diǎn)。

    奧基夫發(fā)現(xiàn)位置細(xì)胞30多年后，莫澤夫婦通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)證明，動(dòng)物的大腦當(dāng)中也存在類(lèi)似的建立空間坐標(biāo)系的機(jī)制。他們的研究延伸到了海馬區(qū)以外的地方。2005年，莫澤夫婦發(fā)現(xiàn)海馬以外一個(gè)叫做內(nèi)嗅皮質(zhì)（entorhinal cortex）的腦區(qū)里有一種全新的神經(jīng)元，他們將其命名為網(wǎng)格細(xì)胞（grid cell）。這些發(fā)現(xiàn)使他們與奧基夫共享了今年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

    雖然網(wǎng)格細(xì)胞的活躍也和動(dòng)物所處的位置有關(guān)，但是與位置細(xì)胞不同，網(wǎng)格細(xì)胞的活躍并不依賴(lài)于外界輸入的特征信息，任意一個(gè)網(wǎng)格細(xì)胞的發(fā)放場(chǎng)在空間中均勻分布，并且呈現(xiàn)出一種蜂巢式的六邊形網(wǎng)格狀。

    此外，莫澤夫婦還發(fā)現(xiàn)，早些年發(fā)現(xiàn)的另外兩種細(xì)胞——邊界細(xì)胞以及位于海馬下托（subiculum）的頭部方向細(xì)胞（head-direction cell），都與網(wǎng)格細(xì)胞具有廣泛的功能聯(lián)系。其中，頭部方向細(xì)胞的功能在于分析來(lái)自前庭系統(tǒng)的信息以確定頭部朝向的方向。

    奧基夫和莫澤夫婦的工作為人類(lèi)理解認(rèn)知機(jī)制，探索神經(jīng)科學(xué)做出了杰出的貢獻(xiàn)。來(lái)自海馬的位置細(xì)胞與邊界細(xì)胞與來(lái)自?xún)?nèi)嗅皮質(zhì)的網(wǎng)格細(xì)胞共同構(gòu)建了大腦中的“認(rèn)知地圖”.

    隨著計(jì)算神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家可以通過(guò)一些復(fù)雜的算法來(lái)確定這些細(xì)胞的精確坐標(biāo)。有了網(wǎng)格細(xì)胞確定的坐標(biāo)系，有了位置細(xì)胞記錄的位置特征，再加上邊界細(xì)胞劃定的邊界，在大腦中繪制地圖所需的基本信息也就完備了。順著這個(gè)思路，莫澤夫婦、奧基夫以及該領(lǐng)域的許多其它科學(xué)家很快就建立起了一套不同導(dǎo)向細(xì)胞之間相互協(xié)作的理論模型。這些發(fā)現(xiàn)極大地促進(jìn)了對(duì)包括人類(lèi)在內(nèi)的哺乳動(dòng)物大腦研究。人類(lèi)大腦如何運(yùn)行定位系統(tǒng)的研究已經(jīng)呈現(xiàn)出一個(gè)嶄新的藍(lán)圖，在不久將來(lái)一定會(huì)更加完整精確。