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2014年诺贝尔奖生理学或医学奖关注到的是什么前沿科技问题?请看诺贝尔奖评选委员会的一段话:“我们如何知道自己在哪里?我们如何从一个地方到另一个地方?我们如何在大脑中储存信息,以便下一次能够找到相同的路径?”
谁能揭开这个谜?
就是2014年诺贝尔奖生理学或医学奖得主呀!
导航系统
请看一则报道:
中国北斗卫星导航系统BDS,可在全球范围内为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力,足联合国卫星导航委员会认定的供应商,其他的供应商有:美国的全球定位系统GPS、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统GLONASS、欧洲伽利略定位系统CALILEO。
当爸爸妈妈开车到陌生地方,常常找导航系统帮忙。打开导航仪,它说,前方200米右转,前方100米进入环岛……这么明确的指示,只要跟着走,就能到达目的地。现在手机也有导航仪的功能了。
而很多时候,我们到了一个陌生地方,回家就不再需要导航仪。于是就有科学家感叹:真是难以置信,我们竟然不会迷路,大脑究竟如何指引我们回家的?
研究结果是,大脑里也有“导航系统”!
我们的身体由细胞组成,组成“导航系统”的这些“智力超群”的细胞,叫做位置细胞、头部方向细胞和网格细胞,它们都居住在大脑中:位置细胞绘制我们所处地点的地图;头部方向细胞告诉我们朝哪个方向前进;网格细胞则通过确立“经纬度”告诉我们已经行进的距离。
当你走动的时候,特定的细胞在不同的位置就会活跃起来,而这正是你在确定位置、方向、行走路线。
位置细胞
要导航,一定要定位,否则不知道你在哪里,你去的地方在哪里,中间经过的路在哪里……怎么引导你到想去的地方呢?
汽车导航靠卫星定位。比如我们的北斗卫星,几十颗卫星在高高的太空上,绕着地球不停地转。地面的中心控制系统向卫星发送信号,经卫星转发器向服务区内的用户,比如你爸爸妈妈正在用的导航仪广播。导航仪向卫星发送响应信号,经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统根据上面的过程,计算出用户到卫星的距离,就能知道用户,也就是你爸爸妈妈的车在什么位置,也就是定位了。
这儿说得简单,其实里面有很多复杂的网络连接和计算,涉及自动控制、计算机、微电子学、光学、力学、数学等等许多学科的知识,都是要等你上了中学、大学才能学到的。信号传播是飞速的,所以在我们看来,只要打开导航仪,立刻就能收到定位信息了。
那么大脑呢?2014年诺贝尔奖生理学或医学奖得主,英国伦敦大学学院教授约翰·欧基夫、挪威科技大学教授梅-布里特·莫泽和她的丈夫爱德华·莫泽是这么说的:大脑要“导航”,首先必须知道自己身体所处的位置,而大脑里也有“定位系统”哟!
科学发现,很多时候离不开用来实验的老鼠——大鼠或者小鼠等。
科学家把电极记录器安置在大鼠大脑的特定部分——海马区。
我们的大脑可以分为左脑半球和右脑半球,里面各有一个海马体。为什么有的人记忆力强,有的人弱?就跟海马体是否发达有关系。如果还记得2013年第11期的《魔力之门》,那肯定还记得记忆有长短,最短的叫瞬时记忆,如果不特别注意,1秒钟后就会把刚记住的忘记了;短时记忆,能把记忆保持1分钟到几分钟;长时记忆,记忆能保持多年甚至终身。如果有一个地址、一个号码等,你在短时间里反复提到,那么海马体就会把它转存入大脑皮层,成为永久记忆。负责这些工作的,是海马体的神经细胞。
我们记住一个地方,最方便的是记住标志性建筑物或者其他有特点的事物,比如街角的一个邮电局、路口的一幢舰船样的大楼。
实验员把安装了记录器的大鼠带到一个它陌生的房间。因为只有陌生,才能看出它是否开始建立“定位系统”。大鼠开始四处走动,记录器显示,大鼠走到一个特定的位置时,比如靠近了一个转椅轮子,或者来到了门前等等,总之,具有特征的地方,头脑里某些地方的细胞活跃起来。在转椅轮子的地方,是这一部分细胞活跃,在门前,是另一部分细胞活跃,原来,位置细胞开始工作了。
当把大鼠放到另一个陌生房间时,它的大脑开始“绘制”新房间“地图”——位置细胞又记住了新房间的“地图”特征。
头部方向细胞
头部方向细胞的作用就像它的名字。科学家发现,就如同位置细胞的“分工”那样,当头部朝向某个方向,比如东方的时候,一部分细胞活跃起来,转向北方的时候,则另一部分细胞活跃起来。
当我们站在路口,“认出”了位置细胞“定位”的那幢舰船般的大楼,知道来到了××路口,可是要到××××路,该向东还是向西转?位置细胞没辙了,头部方向细胞挺身而出:听我的!
这次实验用到了蝙蝠。头部方向细胞的作用类似测定方向的罗盘。罗盘的作用类似指南针,我们常说向左转90度、向后转180度等,罗盘上面就标有东南西北以及度数,可以精确地指出方向。
网格细胞
知道了位置,知道了方向,从这个路口到××××路有很多条路可以走,大脑是怎么“指导双腿”走哪条路呢?这就是“导航细胞”——网格细胞在起作用。
看一看地图或者地球仪,上面有一条一条横的、竖的细线,表示东西方向的横线叫纬线,表示南北方向的竖线叫经线。地球本身是没有这些线的,人们为了更好地认识自己居住的地方、更容易找到要找的地方,就划出了经纬线,并给经线和纬线标记了经度和纬度。比如,地球“中腰”那根最长的纬线是赤道,叫做0度纬度。
为了确定位置和方向更便捷,还细分了一下。赤道以北的叫“北纬”,赤道以南的叫“南纬”;把经过英国伦敦格林尼治天文台的经线定为0度,也叫“本初子午线”,0度往东叫“东经”,往西叫“西经”。
这些经纬线在地图上形成了一个个方形网格,你要找一个地方就容易了。
如果告诉你:东经120度51分至122度12分、北纬30度40分至31度53分,你能找出这是什么地方?
汽车导航仪上都装有电子地图,电子地图中存储了地理、道路、交通管制等信息,以及相关的经纬度信息。
导航仪接收到卫星给出的所在地的经纬度,通过与电子地图对比,就可以随时确定你爸爸妈妈开的车辆是在哪条路上、哪个位置。当向导航仪输入了要去的地点后,导航仪系统根据电子地图上的信息,就可以自动计算出一条行驶路线。如果开着开着没按照路线行驶,而是走偏了,导航仪系统会自动删除原有路线并重新计算路线。
而网格细胞就是确定“经纬度”的
科学家把大鼠带到一个比一般实验室大一倍的实验房里——就好比你爸爸妈妈的车从熟悉的小地方,开到了更远的陌牛地方,这时,需要导航仪帮忙了?那么大鼠的“头脑导航系统”会怎么样呢?
是的,在位置细胞活跃的同时,另有一部分细胞活跃起来了,而且活跃的细胞呈正三角形。三角形你知道,正三角形就是三条边一样长的三角形。这些正三角形,把“一路上”活跃的位置反应中心互相连接,构成了一系列相连的正三角形,也就是正三角形的网格,作用就类似于地图中经线和纬线组成的方形网格,大鼠就这样把环境的位置标记到大脑中。
位置细胞、头部方向细胞、网格细胞合起来,构建起了大脑里的导航系统。
为什么会得“老年痴呆症”也就是阿尔兹海默症?有科学家推测,是不是与这些“导航细胞”退化有关呢?如果真的是这样,那么治疗这种疾病就有方向了,哈哈。
谁能揭开这个谜?
就是2014年诺贝尔奖生理学或医学奖得主呀!
导航系统
请看一则报道:
中国北斗卫星导航系统BDS,可在全球范围内为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务,并具短报文通信能力,足联合国卫星导航委员会认定的供应商,其他的供应商有:美国的全球定位系统GPS、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统GLONASS、欧洲伽利略定位系统CALILEO。
当爸爸妈妈开车到陌生地方,常常找导航系统帮忙。打开导航仪,它说,前方200米右转,前方100米进入环岛……这么明确的指示,只要跟着走,就能到达目的地。现在手机也有导航仪的功能了。
而很多时候,我们到了一个陌生地方,回家就不再需要导航仪。于是就有科学家感叹:真是难以置信,我们竟然不会迷路,大脑究竟如何指引我们回家的?
研究结果是,大脑里也有“导航系统”!
我们的身体由细胞组成,组成“导航系统”的这些“智力超群”的细胞,叫做位置细胞、头部方向细胞和网格细胞,它们都居住在大脑中:位置细胞绘制我们所处地点的地图;头部方向细胞告诉我们朝哪个方向前进;网格细胞则通过确立“经纬度”告诉我们已经行进的距离。
当你走动的时候,特定的细胞在不同的位置就会活跃起来,而这正是你在确定位置、方向、行走路线。
位置细胞
要导航,一定要定位,否则不知道你在哪里,你去的地方在哪里,中间经过的路在哪里……怎么引导你到想去的地方呢?
汽车导航靠卫星定位。比如我们的北斗卫星,几十颗卫星在高高的太空上,绕着地球不停地转。地面的中心控制系统向卫星发送信号,经卫星转发器向服务区内的用户,比如你爸爸妈妈正在用的导航仪广播。导航仪向卫星发送响应信号,经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统根据上面的过程,计算出用户到卫星的距离,就能知道用户,也就是你爸爸妈妈的车在什么位置,也就是定位了。
这儿说得简单,其实里面有很多复杂的网络连接和计算,涉及自动控制、计算机、微电子学、光学、力学、数学等等许多学科的知识,都是要等你上了中学、大学才能学到的。信号传播是飞速的,所以在我们看来,只要打开导航仪,立刻就能收到定位信息了。
那么大脑呢?2014年诺贝尔奖生理学或医学奖得主,英国伦敦大学学院教授约翰·欧基夫、挪威科技大学教授梅-布里特·莫泽和她的丈夫爱德华·莫泽是这么说的:大脑要“导航”,首先必须知道自己身体所处的位置,而大脑里也有“定位系统”哟!
科学发现,很多时候离不开用来实验的老鼠——大鼠或者小鼠等。
科学家把电极记录器安置在大鼠大脑的特定部分——海马区。
我们的大脑可以分为左脑半球和右脑半球,里面各有一个海马体。为什么有的人记忆力强,有的人弱?就跟海马体是否发达有关系。如果还记得2013年第11期的《魔力之门》,那肯定还记得记忆有长短,最短的叫瞬时记忆,如果不特别注意,1秒钟后就会把刚记住的忘记了;短时记忆,能把记忆保持1分钟到几分钟;长时记忆,记忆能保持多年甚至终身。如果有一个地址、一个号码等,你在短时间里反复提到,那么海马体就会把它转存入大脑皮层,成为永久记忆。负责这些工作的,是海马体的神经细胞。
我们记住一个地方,最方便的是记住标志性建筑物或者其他有特点的事物,比如街角的一个邮电局、路口的一幢舰船样的大楼。
实验员把安装了记录器的大鼠带到一个它陌生的房间。因为只有陌生,才能看出它是否开始建立“定位系统”。大鼠开始四处走动,记录器显示,大鼠走到一个特定的位置时,比如靠近了一个转椅轮子,或者来到了门前等等,总之,具有特征的地方,头脑里某些地方的细胞活跃起来。在转椅轮子的地方,是这一部分细胞活跃,在门前,是另一部分细胞活跃,原来,位置细胞开始工作了。
当把大鼠放到另一个陌生房间时,它的大脑开始“绘制”新房间“地图”——位置细胞又记住了新房间的“地图”特征。
头部方向细胞
头部方向细胞的作用就像它的名字。科学家发现,就如同位置细胞的“分工”那样,当头部朝向某个方向,比如东方的时候,一部分细胞活跃起来,转向北方的时候,则另一部分细胞活跃起来。
当我们站在路口,“认出”了位置细胞“定位”的那幢舰船般的大楼,知道来到了××路口,可是要到××××路,该向东还是向西转?位置细胞没辙了,头部方向细胞挺身而出:听我的!
这次实验用到了蝙蝠。头部方向细胞的作用类似测定方向的罗盘。罗盘的作用类似指南针,我们常说向左转90度、向后转180度等,罗盘上面就标有东南西北以及度数,可以精确地指出方向。
网格细胞
知道了位置,知道了方向,从这个路口到××××路有很多条路可以走,大脑是怎么“指导双腿”走哪条路呢?这就是“导航细胞”——网格细胞在起作用。
看一看地图或者地球仪,上面有一条一条横的、竖的细线,表示东西方向的横线叫纬线,表示南北方向的竖线叫经线。地球本身是没有这些线的,人们为了更好地认识自己居住的地方、更容易找到要找的地方,就划出了经纬线,并给经线和纬线标记了经度和纬度。比如,地球“中腰”那根最长的纬线是赤道,叫做0度纬度。
为了确定位置和方向更便捷,还细分了一下。赤道以北的叫“北纬”,赤道以南的叫“南纬”;把经过英国伦敦格林尼治天文台的经线定为0度,也叫“本初子午线”,0度往东叫“东经”,往西叫“西经”。
这些经纬线在地图上形成了一个个方形网格,你要找一个地方就容易了。
如果告诉你:东经120度51分至122度12分、北纬30度40分至31度53分,你能找出这是什么地方?
汽车导航仪上都装有电子地图,电子地图中存储了地理、道路、交通管制等信息,以及相关的经纬度信息。
导航仪接收到卫星给出的所在地的经纬度,通过与电子地图对比,就可以随时确定你爸爸妈妈开的车辆是在哪条路上、哪个位置。当向导航仪输入了要去的地点后,导航仪系统根据电子地图上的信息,就可以自动计算出一条行驶路线。如果开着开着没按照路线行驶,而是走偏了,导航仪系统会自动删除原有路线并重新计算路线。
而网格细胞就是确定“经纬度”的
科学家把大鼠带到一个比一般实验室大一倍的实验房里——就好比你爸爸妈妈的车从熟悉的小地方,开到了更远的陌牛地方,这时,需要导航仪帮忙了?那么大鼠的“头脑导航系统”会怎么样呢?
是的,在位置细胞活跃的同时,另有一部分细胞活跃起来了,而且活跃的细胞呈正三角形。三角形你知道,正三角形就是三条边一样长的三角形。这些正三角形,把“一路上”活跃的位置反应中心互相连接,构成了一系列相连的正三角形,也就是正三角形的网格,作用就类似于地图中经线和纬线组成的方形网格,大鼠就这样把环境的位置标记到大脑中。
位置细胞、头部方向细胞、网格细胞合起来,构建起了大脑里的导航系统。
为什么会得“老年痴呆症”也就是阿尔兹海默症?有科学家推测,是不是与这些“导航细胞”退化有关呢?如果真的是这样,那么治疗这种疾病就有方向了,哈哈。