１０月６日，２０１４年“诺贝尔生理或医学奖”由三位欧洲神经科学家分享：英国伦敦大学学院的认知神经科学教授约翰·奥基夫，挪威科技大学的布里特·莫泽和她的丈夫爱德华·莫泽。

三位得奖科学家的重大贡献是，发现了大脑内的定位系统，一种大脑中内置的“GPS”，它让我们能够在空间中实现定位。这一发现颠覆了人类此前对特定细胞集体完成高级感知功能方式的认知，为理解记忆、思考等其他认知过程开辟了新的研究道路。

奥基夫的主要贡献是，在大鼠脑内海马区域发现提示定位的细胞，并证明了大脑的空间记忆能力；两位莫泽教授的贡献，则是在大鼠脑内另一个区域的嗅皮层内，发现了能协同导航的网格细胞。两种细胞连接而成的神经网络，对于计算空间映射和执行导航任务至关重要。

大脑“GPS”到底是个啥东西？“我们能找到回家的路，并不仅仅因为你能看得见，而是因为大脑里有着一种特殊功能的细胞，是它把你带回家中。”复旦大学神经生物所研究员禹永春如是解读。

一个“问题”，困扰了哲学家和科学家几个世纪

大脑功能问题，已经困扰了哲学家和科学家很长时间。

18世纪，德国哲学家伊曼努尔·康德认为，一些心智能力独立于经验自然存在。他坚信，对空间的感知是一种天赋。

美国经验派心理学家爱德华·托尔曼则认为，大脑中有一种地图状的空间再现。他在1948年提出，动物可能在空间和事件之间能形成经验性联系，加之对环境探索进而形成认知地图。

行为学家中普遍流行的观点认为，通过感觉——行动的相互作用，动物能获得复杂行为能力。托尔曼的理论对此提出质疑，但未能指出在大脑中这些功能究竟源于何处，以及大脑如何计算这些复杂行为。

1958年，斯坦姆沃瑟采用了长期植入微型导线的方法，能从自由运动的动物大脑中记录细胞行为。如此，才使得解决上述问题成为可能。

“位置细胞”，具有“记住”外部空间某些位置的功能

1971年，约翰·奥基夫在限定空间里能自由活动的老鼠大脑海马区背缘，发现了“位置细胞”。而在以往的任何大脑细胞观察中，位置细胞的兴奋从未被发现过。

奥基夫将电极插入大鼠的海马区，让大鼠自由自在地在一间空旷的屋子里跑来跑去。每当它跑到屋子某一个位置时，电极就会在某些细胞上记录到放电的活动。如果它跑到另一个位置上，另一些细胞又会放电。这些细胞似乎“记住”了外部空间的某些位置。于是，奥基夫将这些细胞称为“位置细胞”。

奥基夫发现，当老鼠经过所处环境中的特殊位置时，一些独特的位置细胞异常兴奋。通过系统地变换环境和测试不同理论可能性，他最终证明，位置细胞的放电现象对环境呈现出一种复杂的“格式塔”现象，即位置细胞功能研究本身完全能作为独立体系值得深入探索。

奥基夫还发现，不同的位置细胞会在不同的位置表现出兴奋状态，这些状态组合起来生成一个内置神经地图，即空间感。他同时发现，在不同时间和不同环境下，位置细胞的兴奋点能形成一个关于房间的多层次的复合地图。

在1978～1987年的１０年时间里，奥基夫的实验证实，位置细胞具有记忆功能。很多位置细胞在不同环境中有同步重置行为，这种行为通过学习获得，一旦设定，可以稳定地持续一段时间。

“网格细胞”，像地图上的一条条经线和纬线

从1980年到1990年，主流理论认为，空间位置的认知功能仅源自海马区。莫泽夫妇的主攻也在这方面。与他人不同的是，他们想知道海马区以外的地方，是否也能让位置细胞兴奋起来。

鉴于位置细胞只能解释对单个位置的记忆，莫泽夫妇另辟蹊径，转向海马区通向其他脑区的门厅“内嗅皮层区”。结果，他们在这一脑区发现了“网格细胞”，并发现网格细胞与位置细胞不同：一个位置细胞仅当大鼠跑到某一个位置时才放电；而当大鼠跑到房间的许多位置时，一个网格细胞都会放电。

更奇妙的是，如果用笔把网格细胞对应放电的多个位置连起来，就形成了一个个规整的六角形，而这些六角形又可连成一个蜂窝状的网格。因而，莫泽夫妇将这些细胞称为“网格细胞”，并发现在帮助大鼠定位时，位置细胞就像地图上的一个个点，网格细胞则像地图上的一条条经纬线，经纬线把这些点的位置定住，于是脑内就形成了一张地图。

莫泽夫妇还陆续发现，六边形网格区域的大小会有所变化；网格的形成来自复杂的网络活动；网格细胞是导航和路径整合系统的一部分；网格系统能测量运动距离，能为海马区空间地图增加衡量尺度；网格细胞与“头部方向细胞”和“边界细胞”组成网络，共同作用产生空间认知功能；从几厘米到几米的不同空间距离内，网格细胞都能被调动起来；网格细胞与位置细胞在理论模式上的联系、病变实验以及地图重置实验等。

这一系列科研成果，为人类进一步解开大脑空间导航功能神经机制，开辟了一个崭新的研究路径。

基础科学，与未来疾病研究联系意义重大

今年的诺贝尔生理或医学奖之所以引起广泛关注，很大程度上与诺奖委员会在新闻发布会时采用“全球定位系统”（GPS）这个人人皆知的名词有关。

另外，将基础科学与未来的疾病研究联系起来，也是引起大众普遍关注的原因之一。医学研究表明，位置细胞与网格细胞所在的两个脑区，在阿兹海默症（老年失智症）病人中经常是最先退化的。因而，对脑内定位系统的科学研究，可能有助于对人们失忆机制的探讨。

海马区又名海马体，是深藏在大脑皮层下的一对回状结构，因形状很像海洋动物中的海马而得名。海马体主要负责记忆和学习，日常生活中的短期记忆都储存在海马体中，如果一个记忆片段，比如一个电话号码或者一个人在短时间内被重复提及的话，海马体就会将其转存入大脑皮层，成为永久记忆。在过去几十年里，海马区成为神经科学领域里被研究最多的脑区之一。

在诸如阿尔茨海默症等大脑疾病中，记忆能力会受到影响。空间记忆的神经学机制研究显得非常重要，位置细胞和网格细胞的发现，无疑是通往解决之道的一个重要飞跃。

奥基夫在老鼠阿尔茨海默疾病模式下，已经证明了空间位置的能力弱化与动物空间记忆恶化有关。目前研究结果虽然还未转化成临床研究和实践，但海马构造已经被认为是影响阿尔茨海默疾病的第一个功能区域。

据复旦大学上海医学院神经生物学系系主任孙凤艳介绍，三位获奖科学家的研究，为解释大脑高级认知功能提供了细胞学基础。患有阿尔茨海默综合征的病患，他们大脑的海马体以及内嗅皮层区域常常会在患病过程的早期遭受影响，这样的病人常常会发生迷路，并且难以识别周围环境。她认为，对于大脑定位系统机制的了解，或许将在未来帮助这类患者改善由于空间记忆受损而造成的困扰。