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莫索尔夫妇成为第五对获得诺贝尔奖的夫妇(2)
发布时间:2014-10-07

 

  为更清楚确定这种模式的特征,他们换用更大型的盒子进行实验。这一次他们发现了规律,原来这些细胞形成一种几乎完美的六角晶格排列,类似蜂窝样结构。刚开始,他们自己都完全不能相信这种几乎完美的结果。生物学往往表现为混乱表型,怎么会如此简单有规律?但是一次次实验结果的积累排除了其他可能,这就是真正的结果,这些细胞就是这样有规律地排列的,这也意味着他们找到了宝贝,随后他们开始研究这种宝贝模式的工作原理。
 

  在动物活动的地板上,并不存在任何有规则的六边型结构,那么这种相对混乱的外界环境到底如何被映射到大脑内规则的六边形神经元结构中?这种模式可能正是神经科学领域长期寻找的大脑编码语言,是用来映射外界环境的大脑工作模式。2005年他们将这一发现发表在《自然》杂志上。

  发现了网格细胞后,莫索尔夫妇随后继续开展相关研究,他们发现这些网格细胞在黑暗环境中仍然可以被激活,这种细胞激活不受动物运动的速度和方向影响。海马位置细胞放电往往会因为环境的微小变化如墙壁的颜色变化而改变,网格细胞放电则完全不受影响。莫索尔夫妇在内嗅皮层发现了不同类型的网格细胞,大小不同的空间分布分别代表不同的方向和位置相关信息。最后他们证明网格细胞的排列符合严格的数学规律。
 

  在内嗅皮层顶部,网格细胞形成的网格比较小,在底部则形成比较大的网格。代表相同大小和方向的网格好像能形成模块,这些模块沿着内嗅皮层的长轴排列,每个模块代表的大小按照每步1.4的系数变动。代表相对盒子边界不同位置的网格细胞分布呈现随机性,如果人类也存在类似特征,这意味着这些细胞能够跟踪我们所处的宏观位置,能识别出我们是在家里的不同房间内走动还是在大街上散步。
 

  关于大脑、记忆和空间位置的关系是人类思考的基本问题,早在2000多年前古希腊哲学家就开始思考这些问题。莫索尔夫妇的研究很好地回答了这些问题,让他们获得了非常高的赞誉。古希腊时代就有一种联想法记忆术,一些需要长时间演讲的哲学家,为了能准确记忆,他们可能借用一座建筑物或一条街,将不同词语信息和不同地标进行对应,这样可以帮助他们获得更深刻的记忆印象。人类关于位置和记忆的关系一直持续到20世纪后,行为科学家提出一种假说,认为动物和人脑内存在空间的抽象地图。网格细胞的发现证明了这一假说。
 

  网格细胞的发现也让理论学家感到振奋,因为六边形排列是最节省空间的理想排列模式,这样能节省能量,而且美丽高效。
 

  这种大脑细胞的工作模式或许就是大脑神经细胞的基本工作原理,当然是否如此现在仍然无法定论,关于大脑工作原理的研究仍然有很长的路要走。不过神经细胞编码的原则遵照简单原则似乎是必然的选择,作为个体的神经细胞可编码多种外界信息,人类真正理解这种语言十分遥远。网格细胞编码所处的大脑结构属于比较高级的脑区,并没有来自外界信息的直接传入,这完全不同于视觉听觉和触觉皮层的情况,正因为如此,网格细胞编码才真正代表了大脑自身的编码特征。
 

  发表了重量级的学术论文和获得了大量研究经费,莫索尔夫妇实验室也吸引了大量求学的年轻科学家。2005年,正在俄勒冈大学攻读博士学位神经科学家David Rowland读到关于网格细胞的论文,一下就被吸引住,并立刻决定到这里做博士后研究。现在他已经成为这里的一个研究小组的负责人,这里的六个小组(好像是网格细胞)分别从不同角度研究神经回路和神经编码。
 

  并不是每个夫妻都有这样和谐共同工作的机会,莫索尔夫妇认为他们所以能这样是因为好的性格、分享兴趣和共同爱好。两人都喜欢户外运动,May-Britt每天都沿着他们家附近海边跑步,Edvard每周末都会徒步旅行。他们共同爬过无数个山峰,包括他们订婚的火山。工作上他们已经有一些分工。Edvard重点负责理论计算,May-Britt对实验更有兴趣。真可谓理论联系实际,强强联合,相得益彰。他们希望一位参加会议时,另一位能在实验室主持工作,所以他们并不是整天粘在一起。
 

  关于网格细胞的研究仍然有许多工作要作,例如仍然不知道网格细胞形成网格的具体神经网络,以及形成定位的工作模式,莫索尔夫妇等这方面的许多科学家都针对相关问题开展研究。
 

  例如一种结合虚拟现实的研究技术。将老鼠头部固定的情况下,利用虚拟现实技术模拟周围环境的改变,可以减少头部运动造成的信号干扰,利用这种技术,可以给动物安装记录电极记录网格细胞,也可以安装小型镜片使用显微镜观察细胞。这种技术将可以同时更加精确地分析更多网格细胞。
 

  将来还将对网格细胞如何形成网格链接结构,过去的研究发现网格系统大约在出生后3-4周内形成,暗示人类和动物在婴儿期的空间感觉能力不成熟,大脑的功能结构发育是随着对外界环境的适应逐渐形成的。莫索尔夫妇已经计划研究出生后复杂环境和单调环境对网格模式的影响。网格细胞的研究对理解记忆的形成和丢失也有帮助。内嗅皮层是老年性痴呆患者最早影响的脑区,记忆丧失是最早发生的症状。莫索尔夫妇认为网格细胞可能是老年性痴呆最早破坏的细胞类型。
 

  将来在挪威机场将会出现这对夫妻的照片,另外13个照片都是著名的运动员和演员,他们是唯一的科学家明星。