我們?nèi)绾沃雷约荷碓诤翁帲秩绾巫R別來路，這是一個哲學問題還是科學問題？2014年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的獲獎者——約翰·奧基夫、梅-布里特·莫澤和愛德華·莫澤告訴我們，答案是后者。雖然與大腦中無數(shù)神經(jīng)元和細胞相比，他們的發(fā)現(xiàn)只是冰山一角，但仍為人類認知自我、探究精神和智力的奧秘打開了一扇大門。 
  
　　空間認知領域里程碑式的發(fā)現(xiàn) 
  
　　“實至名歸。”北京大學神經(jīng)科學研究所研究員伊鳴談及此次獲獎成果難掩興奮。作為獲獎者約翰·奧基夫的學生，他曾在英國倫敦大學學院解剖與發(fā)育生物學系神經(jīng)科學專業(yè)學習了5年半，研究領域正是小鼠海馬神經(jīng)網(wǎng)絡動力學變化及其與動物病理學及行為學變化的相關性。 
  
　　為了讓記者更好地理解3位科學家對于空間認知發(fā)展的巨大貢獻，伊鳴拿出了其所講授的研究生課程PPT，為記者上了生動一課。 
  
　　“科學界對空間認知的研究，可以追溯到上世紀30年代~40年代。當時，全球認知心理學領域頂級專家Lashley提出了‘刺激反應模型’，從心理學角度對空間認知進行了解釋，其基本理論是個體對于空間認知的過程來自于對視覺、聽覺等各種不同刺激的累積反應。然而，幾年后，這一當時被奉為圭臬的假說，被一系列的動物實驗推翻了。 
  
　　1948年，愛德華·托爾曼又提出了“認知地圖”的概念，即空間認知過程不是單純的刺激—反應，而是大腦某些地方可以通過編寫地圖告訴個體自身位置。可惜的是，這一假說一直沒有得到證實。 
  
　　直到1957年，世界上首個切除雙側(cè)海馬腦區(qū)以治療嚴重癲癇的病例被報道，患者術后失去了形成新的長時間記憶的能力，空間認知也出現(xiàn)了障礙，這些變化首次證實了“認知地圖”可能真的存在，而且存在部位可能在海馬腦區(qū)。 
  
　　此后，全球神經(jīng)解剖學、生理學、行為學等不同領域的科學家都把研究重心放在了海馬腦區(qū)，嘗試回答這一腦區(qū)參與認知過程的機制，但一直未能獲得成功。直到1971年，約翰·奧基夫發(fā)現(xiàn)了海馬腦區(qū)的“位置細胞”。 
  
　　伊鳴為記者播放了一段視頻。視頻還原了奧基夫的實驗：大鼠在一個箱子里自由活動，電極被埋置在大鼠海馬腦區(qū)，大鼠在活動中，每經(jīng)過一個特定區(qū)域，一個海馬神經(jīng)元（位置細胞）就會開始發(fā)放動作電位，與此同時，記錄神經(jīng)元放電的設備閃爍燈光，并發(fā)出“呲呲”的放電聲音。 
  
　　1978年，奧基夫等人編寫了《海馬是一個認知地圖》一書，第一次比較完整系統(tǒng)地闡述了海馬腦區(qū)的功能，以及空間認知行為機制。 
  
　　在此基礎上，莫澤夫婦于2005年在海馬腦區(qū)上游的“內(nèi)嗅皮層”區(qū)域發(fā)現(xiàn)了“網(wǎng)格細胞”，當小鼠運動不同距離時，特定的神經(jīng)元會被激活，當內(nèi)嗅皮層上百萬神經(jīng)元放電情況累計后，小鼠就可以對自己的運動軌跡進行判斷。 
  
　　“從數(shù)學模型角度來說，個體定位自身位置有兩個重要因素，一是方向，二是距離，因此，當這兩個關鍵因素的細胞機制被揭示后，空間認知過程中最核心的問題也得到了解決?！币柳Q表示，此后，莫澤夫婦又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)嗅腦其他細胞能夠同時判斷距離和方向，以及環(huán)境的“邊界”，而上述細胞與“位置細胞”構(gòu)成一條完整的回路。這一回路系統(tǒng)構(gòu)成了一個復雜的定位體系，大腦內(nèi)置“GPS”的運轉(zhuǎn)機制被揭示。 
  
　　成功來自思想創(chuàng)新和科學理想 
  
　　“在空間認知領域，有一個固定短語，叫‘奧基夫試驗’，意味著對于實驗設計的推崇?！痹诓稍L中，有專家告訴記者，奧基夫的研究中最顯著的特點就是，依靠巧妙的實驗設計，結(jié)合一些基本的實驗技術，回答最關鍵的科學問題?！斑@與一些科學家，更多依賴新興技術進行研究完全不同?！?nbsp;
  
　　“1971年直接導致他獲獎的工作就是最好的例子。”據(jù)介紹，1957年~1971年，全球神經(jīng)科學家?guī)缀醵荚谧鐾患拢褪前央姌O放在小鼠的海馬腦區(qū)，探索這一區(qū)域如何編碼空間記憶。然而，14年間都沒有人給出答案。 
  
　　與其他科學家相比，奧基夫只是對實驗設計進行革新，便改寫了歷史?！爸翱茖W家都是找一個小箱子，把老鼠放進去，然后不斷進行光、電、熱等刺激，希望找到與刺激相對應的神經(jīng)元改變。但沒有人能夠做出結(jié)果。雖然奧基夫也應用相同的電生理技術，但他只是把小鼠放在一個大箱子里，讓小鼠自由活動，從而觀察某些神經(jīng)元放電的時候，老鼠在干什么?！?nbsp;
  
　　不僅如此，奧基夫在上世紀90年代就提出了一系列假說，即在大腦的某個地方，可能存在一些其他類型的神經(jīng)元，不僅能編碼距離、邊界，還能夠同時編碼方向和距離，而其中很多核心理論都被之后的研究證實了。 
  
　　在伊鳴看來，奧基夫是一個隨性的人，但這并不影響他對于學術觀點的堅持?！耙粋€經(jīng)典的例子，1978年奧基夫就海馬功能進行了系統(tǒng)闡釋，直到1999年，一位美國科學家提出海馬腦區(qū)與嗅覺相關，這與奧基夫的理論完全相悖。對此，奧基夫沒有冷眼旁觀，也沒有微笑接受，而是讓學生按相同方法重復美國科學家的實驗，發(fā)現(xiàn)結(jié)果和報道完全不同，隨后，他把自己的研究結(jié)果公開發(fā)表，并不懼怕因此得罪同行。 
  
　　神經(jīng)科學研究是一片“藍?！?nbsp;
  
　　在科學界，對于此次諾貝爾生理學或醫(yī)學獎的歸屬有不同聲音。對此，伊鳴分析稱，之所以有爭議，可能是因為3位科學家對于空間認知的發(fā)現(xiàn)更多只是解釋機制，還沒有解決臨床問題。此外，獲獎成果更多針對空間行為和空間探索，相比于DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)等一些改變生物學進程的科學成果，影響范圍確實比較局限。 
  
　　“但不能否認，3位科學家的研究成果，確實是整個認知科學領域最重要的發(fā)現(xiàn)。而包括空間認知在內(nèi)的神經(jīng)科學研究的終極目標，就是回答精神活動的生物學基礎?！币柳Q說。 
  
　　軍事醫(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所神經(jīng)生物學研究室研究員劉少君表示，神經(jīng)科學涉及學習、記憶、認知、決策、語言、情感等多種高級腦活動，又與運動、感覺、內(nèi)臟調(diào)節(jié)等個體的生存密切關聯(lián)。不僅如此，神經(jīng)科學研究還包含了神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生和治療，腦和脊髓創(chuàng)傷的修復，以及上述腦功能相關神經(jīng)環(huán)路等。神經(jīng)科學是當今最復雜的研究領域，也是最具突破前景的科學領域。從1901年設立諾貝爾獎至今的114年間，已有25個年度授予了48位神經(jīng)科學家；而今年，諾貝爾獎又第一次授予大腦空間認知領域研究。 
  
　　“當前一些基于動物研究的核心理論已經(jīng)在人類身上被證實，例如，近期采用大腦成像技術研究以及對接受神經(jīng)外科手術的患者進行的研究表明，‘位置細胞’與‘網(wǎng)格細胞’同樣存在于人類大腦中。因此，對于大腦定位系統(tǒng)的了解或許會幫助我們理解某些疾病中空間記憶缺失的具體機制。”伊鳴說，但客觀而言，要真正將理論轉(zhuǎn)化為技術，還有一段路要走。