为了不至于迷失方向，人们经常使用手机GPS定位系统，确定空间方位。其实，人脑中也存在着一个类似的定位系统，能够对所处的环境进行认知、记忆以及导航。今年的诺贝尔生理学或医学奖得主，约翰·奥基夫（John O’Keefe）和迈-布里特·莫泽（May-Britt Moser）及其丈夫爱德华·莫泽（Edvard I. Moser）的研究为我们揭示了大脑空间导航功能神经机制。

早在1971年，奥基夫就和同事在大鼠大脑中的一个叫做海马（hippocampus）的脑区里发现了“位置细胞”（place cell）神经元。

当时，他们在大鼠的海马中植入了一个记录电极，然后将大鼠放置在一个空旷的房间中自由活动。他们发现，只有当大鼠处在特定的位置上时，特定的位置细胞才会活跃，奥基夫将那些导致特定位置细胞活跃的区域称为这些位置细胞的发放场（firing field）。大鼠通过各种感官从环境中获取外界的特征信息，而位置细胞则能够和海马中其它的细胞合作，将那些输入的特征信息与过往记录到的不同位置的特征信息加以比对。一旦信息能够匹配，与那个位置相对应的特定位置细胞就会变得活跃。通过这种方法，我们的大脑能够将特定的特征信息与特定的空间位置联系起来，形成了空间位置记忆。

在对位置细胞30多年的研究中，奥基夫的团队还注意到位置细胞还可以分出一些亚类，比如有一类专门对活动边界，敏感的神经元，他们将其命名为边界细胞（border cell）。

此外，他们发现，和别的记忆一样，这种空间位置记忆既可能随着时间推移而遗忘，也可以通过反复训练来加强，乃至终身保留。但是这种记忆的特殊之处在于它拥有一定的可塑性：当环境发生一定程度的变化时，这些记忆也可以根据环境改变作出一定的修正，这解释了我们为什么能在周遭环境不断变化时依然可以准确地记住那些地点。

奥基夫发现位置细胞30多年后，莫泽夫妇通过一系列实验证明，动物的大脑当中也存在类似的建立空间坐标系的机制。他们的研究延伸到了海马区以外的地方。2005年，莫泽夫妇发现海马以外一个叫做内嗅皮质（entorhinal cortex）的脑区里有一种全新的神经元，他们将其命名为网格细胞（grid cell）。这些发现使他们与奥基夫共享了今年的诺贝尔生理学或医学奖。

虽然网格细胞的活跃也和动物所处的位置有关，但是与位置细胞不同，网格细胞的活跃并不依赖于外界输入的特征信息，任意一个网格细胞的发放场在空间中均匀分布，并且呈现出一种蜂巢式的六边形网格状。

此外，莫泽夫妇还发现，早些年发现的另外两种细胞——边界细胞以及位于海马下托（subiculum）的头部方向细胞（head-direction cell），都与网格细胞具有广泛的功能联系。其中，头部方向细胞的功能在于分析来自前庭系统的信息以确定头部朝向的方向。

奥基夫和莫泽夫妇的工作为人类理解认知机制，探索神经科学做出了杰出的贡献。来自海马的位置细胞与边界细胞与来自内嗅皮质的网格细胞共同构建了大脑中的“认知地图”。

随着计算神经科学的发展，科学家可以通过一些复杂的算法来确定这些细胞的精确坐标。有了网格细胞确定的坐标系，有了位置细胞记录的位置特征，再加上边界细胞划定的边界，在大脑中绘制地图所需的基本信息也就完备了。顺着这个思路，莫泽夫妇、奥基夫以及该领域的许多其它科学家很快就建立起了一套不同导向细胞之间相互协作的理论模型。这些发现极大地促进了对包括人类在内的哺乳动物大脑研究。人类大脑如何运行定位系统的研究已经呈现出一个崭新的蓝图，在不久将来一定会更加完整精确。

（环球医学编辑：吴星）