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有的人认路能力非常强,有的人却是典型的“路盲”。无论认路能力差异有多大,大多数人都能够认识回家的路。研究表明,我们的认路能力与大脑中的GPS(定位导航系统)有关。2014年诺贝尔生理学或医学奖的三名获奖者就是发现了大脑中GPS的奥秘。美国科学家约翰·奥基夫发现了帮助人们发现自己身在何处的位置细胞,而挪威科学家奠索尔夫妇布里特和爱德华则发现了帮助人们记忆和规划行走路线的网格细胞。如果这两种细胞失灵,我们就找不到回家的路了。
识别位置
有一些人喜欢饲养人工培育的小鼠(并非野生的老鼠)作为宠物,因为小鼠体积小,食量小,养起来比较方便。而且小鼠很聪明,经过训练后可以完成一些独特的任务。基于以上原因,一些科学家也喜欢饲养小鼠作为研究对象,让小鼠走迷宫是一种常见的研究方法。
1971年,美国科学家奥基夫也在训练小鼠走迷宫。他还利用一种特别的手术,在小鼠的大脑里安装了一些微型电极。动物在进行一些日常活动时,大脑中的神经细胞会放电;参与的活动不同,放电的细胞就不同。大脑细胞产生的这些电信号也称神经信号,是大脑指挥身体其他部位所发出的信号。奥基夫在小鼠大脑中安装的电极,可以记录大脑细胞活跃时放出的电信号,并把这些电信号发送到记录仪上。
结果,奥基夫发现这些小鼠走到一个有特殊标记的位置时,大脑中的一些细胞十分活跃。而到了下一个有特殊标记的位置时,另外一些细胞变得很活跃。奥基夫认为,小鼠大脑中的这些细胞就是帮助大脑定位的位置细胞;在所有位置细胞的共同努力合作下,小鼠可以记住迷宫内各个有特殊标记的位置,并利用对这些位置的记忆描绘出一张迷宫地图。由于所有动物的大脑有相似之处,科学家推测人们的大脑里也有位置细胞。
奥基夫的进一步研究还发现,小鼠的所有位置细胞都集中在大脑海马区的某个特殊区域。海马区在外形上有些像大海中的海马,是大脑中的重要区域,负责学习和记忆。要是谁的学习成绩不好,在排除自己不努力的因素之后,可以去神经科大夫那里看看自己的海马区是不是有问题。记忆有很多种,不同的细胞负责不同的记忆,位置细胞负责的就是我们对周围环境的空间记忆。
寻找路线
然而,光有不同位置所形成地图还是不够的。如果大脑只能记住一个个不同的位置,我们还是不可能在纵横交错的道路中找到回家的路。只有把这些位置按照合理的顺序连接起来,我们找到正确的路线,而不会走冤枉路或迷路。那么,是什么细胞来帮助大脑处理位置细胞所获得的信息呢?这个问题迷惑了科学家整整34年。
直到2005年,奠索尔夫妇才发现,大脑中的GPS还有另外一种细胞,那就是可以记忆和描绘路线的细胞。莫索尔夫妇的研究套路还是让小鼠走迷宫。因为迷宫有许多岔口,如果只记住特殊的位置,记不住岔口处要走的正确方向,那就会进入死胡同,就像我们有时会在十字路口迷路一样。
莫索尔夫妇发现,小鼠经过几次的尝试和学习,居然可以判断出岔路口的正确路线。他们认为,小鼠已经具备了在大脑中描绘正确路线图的能力。显然,这种能力并不来源于位置细胞。电极的测试结果也是如此:小鼠在岔路口选择路线时,大脑活跃的细胞并不在位置细胞所在的海马区,而是在附近一个叫内嗅皮层的区域。
由于这些细胞活跃时放电的图样像网格,莫索尔夫妇没有像他人期待的那些称这些细胞为导航细胞,而是称它们为网格细胞。进一步的研究还发现,网格细胞不仅可以辨别运动的方向,还可以辨别运动的距离、道路的边界。也就是说,网格细胞可以让我们找到一条合理的路线和运动轨迹,不会迷路,也不会越出道路。
为什么从位置细胞的发现,到网格细胞的发现相隔了整整34年?这就是思维定势让科学家经历了一次又一次的失败。由于海马区是公认的主管记iz的区域,在奥基夫在海马区发现位置细胞后,科学家总是在海马区忙活,企图在海马区再找到识别路线的细胞,结果没有想到谜底在海马区之外的内嗅皮层。
超级战士
如果说位置细胞帮我们描绘一张张地图,那么网格细胞则帮我们设计一条条路线。如果说位置细胞帮助我们选择起点、途经点和终点等位置,那么网格细胞则把这些位置串起来,起到导航的作用。两者合起来,就构成了我们大脑中的定位导航系统。定位导航能力是动物大脑的基本能力之一。如果不具备这样的能力,动物就不能在自然界中主动地参与觅食、交友等活动,动物也就很难由低级向高级进化,人类也就不会出现在地球上。
俗话说:老马识途。然而,老人们并不一定识途。有的爷爷奶奶到了一定年岁后特别容易迷路,他们一出门就找不到回家的路了。这是因为他们患上了老年痴呆症,更为科学的说法是阿尔茨海默病。得了这种病就如同汽车的GPS系统失灵了。在弄清楚包括位置细胞和网格细胞在内的识路细胞的作用之后,科学家希望能借此开发出一些增强和改善这些细胞功能的药物,重启老年痴呆患者大脑中的GPS,让他们重新拥有识路的能力。因此,研究大脑中的GPS系统在医学上具有实际的用途。
在危机重重的战场上,如果不能按照正确的路线前进,随时都可能面临生命危险。因此,强烈的空间感和识路能力对战士来说特别重要。科学家希望未来不是通过基因改造的方法,而是药物刺激的方法,能够升级健康人大脑中的定位系统,打造出具有极强空间感和特殊识路能力的超级战士。这些超级战士能够随时发现环境中的异常变化,找到一条能够有效避免潜在危险的合理路线,顺利地完成侦查、爆破、诱敌、杀敌等作战任务。
识别位置
有一些人喜欢饲养人工培育的小鼠(并非野生的老鼠)作为宠物,因为小鼠体积小,食量小,养起来比较方便。而且小鼠很聪明,经过训练后可以完成一些独特的任务。基于以上原因,一些科学家也喜欢饲养小鼠作为研究对象,让小鼠走迷宫是一种常见的研究方法。
1971年,美国科学家奥基夫也在训练小鼠走迷宫。他还利用一种特别的手术,在小鼠的大脑里安装了一些微型电极。动物在进行一些日常活动时,大脑中的神经细胞会放电;参与的活动不同,放电的细胞就不同。大脑细胞产生的这些电信号也称神经信号,是大脑指挥身体其他部位所发出的信号。奥基夫在小鼠大脑中安装的电极,可以记录大脑细胞活跃时放出的电信号,并把这些电信号发送到记录仪上。
结果,奥基夫发现这些小鼠走到一个有特殊标记的位置时,大脑中的一些细胞十分活跃。而到了下一个有特殊标记的位置时,另外一些细胞变得很活跃。奥基夫认为,小鼠大脑中的这些细胞就是帮助大脑定位的位置细胞;在所有位置细胞的共同努力合作下,小鼠可以记住迷宫内各个有特殊标记的位置,并利用对这些位置的记忆描绘出一张迷宫地图。由于所有动物的大脑有相似之处,科学家推测人们的大脑里也有位置细胞。
奥基夫的进一步研究还发现,小鼠的所有位置细胞都集中在大脑海马区的某个特殊区域。海马区在外形上有些像大海中的海马,是大脑中的重要区域,负责学习和记忆。要是谁的学习成绩不好,在排除自己不努力的因素之后,可以去神经科大夫那里看看自己的海马区是不是有问题。记忆有很多种,不同的细胞负责不同的记忆,位置细胞负责的就是我们对周围环境的空间记忆。
寻找路线
然而,光有不同位置所形成地图还是不够的。如果大脑只能记住一个个不同的位置,我们还是不可能在纵横交错的道路中找到回家的路。只有把这些位置按照合理的顺序连接起来,我们找到正确的路线,而不会走冤枉路或迷路。那么,是什么细胞来帮助大脑处理位置细胞所获得的信息呢?这个问题迷惑了科学家整整34年。
直到2005年,奠索尔夫妇才发现,大脑中的GPS还有另外一种细胞,那就是可以记忆和描绘路线的细胞。莫索尔夫妇的研究套路还是让小鼠走迷宫。因为迷宫有许多岔口,如果只记住特殊的位置,记不住岔口处要走的正确方向,那就会进入死胡同,就像我们有时会在十字路口迷路一样。
莫索尔夫妇发现,小鼠经过几次的尝试和学习,居然可以判断出岔路口的正确路线。他们认为,小鼠已经具备了在大脑中描绘正确路线图的能力。显然,这种能力并不来源于位置细胞。电极的测试结果也是如此:小鼠在岔路口选择路线时,大脑活跃的细胞并不在位置细胞所在的海马区,而是在附近一个叫内嗅皮层的区域。
由于这些细胞活跃时放电的图样像网格,莫索尔夫妇没有像他人期待的那些称这些细胞为导航细胞,而是称它们为网格细胞。进一步的研究还发现,网格细胞不仅可以辨别运动的方向,还可以辨别运动的距离、道路的边界。也就是说,网格细胞可以让我们找到一条合理的路线和运动轨迹,不会迷路,也不会越出道路。
为什么从位置细胞的发现,到网格细胞的发现相隔了整整34年?这就是思维定势让科学家经历了一次又一次的失败。由于海马区是公认的主管记iz的区域,在奥基夫在海马区发现位置细胞后,科学家总是在海马区忙活,企图在海马区再找到识别路线的细胞,结果没有想到谜底在海马区之外的内嗅皮层。
超级战士
如果说位置细胞帮我们描绘一张张地图,那么网格细胞则帮我们设计一条条路线。如果说位置细胞帮助我们选择起点、途经点和终点等位置,那么网格细胞则把这些位置串起来,起到导航的作用。两者合起来,就构成了我们大脑中的定位导航系统。定位导航能力是动物大脑的基本能力之一。如果不具备这样的能力,动物就不能在自然界中主动地参与觅食、交友等活动,动物也就很难由低级向高级进化,人类也就不会出现在地球上。
俗话说:老马识途。然而,老人们并不一定识途。有的爷爷奶奶到了一定年岁后特别容易迷路,他们一出门就找不到回家的路了。这是因为他们患上了老年痴呆症,更为科学的说法是阿尔茨海默病。得了这种病就如同汽车的GPS系统失灵了。在弄清楚包括位置细胞和网格细胞在内的识路细胞的作用之后,科学家希望能借此开发出一些增强和改善这些细胞功能的药物,重启老年痴呆患者大脑中的GPS,让他们重新拥有识路的能力。因此,研究大脑中的GPS系统在医学上具有实际的用途。
在危机重重的战场上,如果不能按照正确的路线前进,随时都可能面临生命危险。因此,强烈的空间感和识路能力对战士来说特别重要。科学家希望未来不是通过基因改造的方法,而是药物刺激的方法,能够升级健康人大脑中的定位系统,打造出具有极强空间感和特殊识路能力的超级战士。这些超级战士能够随时发现环境中的异常变化,找到一条能够有效避免潜在危险的合理路线,顺利地完成侦查、爆破、诱敌、杀敌等作战任务。