不知道大家有没有想过,我们为什么在熟悉的地方有认路的能力,但换了陌生的地方就成了路痴。
是的,当一条路我们走过很多遍之后就会记住它,但问题是我们在大脑中是如何对它们进行存储的?
2014 年,三位科学家揭开了谜底,并因此获得了诺贝尔生理学与医学奖。他们是美国科学家 John O'Keefe,挪威科学家夫妇 May Britt Moser 和 Edvand Moser。
他们找到了大脑中的“GPS”,它让我们能够在空间中行实现定位,揭示了高等认知能力的细胞层面机制。
1971 年,John O?Keefe 发现小鼠的大脑海马区有一种特殊神经细胞,当实验小鼠在房间内的某一特定位置时其中一部分这样的细胞总是显示激活状态。
而当小鼠在房间内的其他位置时,另外一些细胞则显示激活状态。奥基夫认为这些是“位置细胞”,它们构成了小鼠对所在房间的地图。
2005 年,MayBritt Moser 和 Edvard Moser 夫妇发现大脑定位机制中还有一种特殊神经细胞,取名“网格细胞”,这些细胞产生一种坐标体系,能帮助小鼠精确定位和搜寻路径。
三位科学家 的研究揭开了世纪谜题——大脑究竟如何创建一个有关自身周围空间位置的地图?我们又究竟如何能够在复杂的环境中找到方向?
这个问题一直以来都不乏科学家甚至哲学家们探索,但历经多年也未得出有科学依据的结论。
200 多年前,德国哲学家康德提出我们拥有一些所谓“先验知识”,它们独立于人的经验而存在。他将空间的概念视为思维的内在属性之一,这是我们感知世界的唯一的方式。
随着 20 世纪中叶行为心理学的发展,人们开始用试验方法探究这些问题的答案。心理学家发现小鼠知道如何判断路径,并据此提出了“认知地图”的概念,但问题依然存在——这种地图究竟如何在大脑内形成?
带着这个疑问,1960 年代末 John O?Keefe 开始用神经生理的方法进行研究。他对在房间内自由跑动的小鼠大脑状况进行观察。
他采取的方式是记录小鼠大脑内“海马体”区域的单个神经细胞信号,奥基夫注意到当小鼠位于房间内某一特定位置时,一部分位置细胞会被激活,如下图。
他认为这些位置细胞是在构建一张关于周围环境的内部地图。通过实验发现,海马体中位置细胞会形成大量地图,不同的地图会在小鼠处于不同位置时形成,这是由于大量神经细胞的共同作用。
因此,生物体对环境的记忆,可以用海马体中神经细胞特定激活组合的方式来进行存储。
莫瑟尔夫妇则在此基础上又进行了深入研究,他们发现大脑海马体附近有一个名叫内嗅皮层区域。
实验中,他们让小鼠经过一个六边形地点,当小鼠到达不同位置是,其大脑中的部分神经细胞被激活,如下图。
再让小鼠走一个不同形状的区域,此时激活的神经细胞位置会发生改变,它们便构成所谓“网格细胞”。
这些细胞组成一个坐标系统,让小鼠具备了空间导航的能力。“网格细胞”能够判断小鼠头部对准的方向以及房间的边界位置。
这些细胞都与位于海马体内的位置细胞相互协调,构成一条完整的回路。这一回路系统构成了一个复杂而精细的定位体系,它是我们大脑的“内置GPS”。
后来,研究人员采用大脑成像技术印证三位科学家的结论,结果证明类似的位置与网格神经细胞同样存在于人类的大脑之中。
研究员对患有阿尔茨海默综合征的病患进行研究,在患病早期,他们大脑的海马体以及内嗅皮层区域常常会遭受影响,病人会经常迷路,也就说明海马体以及内嗅皮层区域存在大脑内置 GPS。
说到这,大家应该清楚了我们是如何辨别方向以及认路的。但是科学界一直认为大脑中的位置细胞激活的位置是固定的,就比如说你到了哪个特定地点,哪一部分的位置细胞就会被激活。
但是现在来自德国的科学家团队发现,那些沉默或者休眠的位置细胞可以通过重新编程被激活!
他们同样对活动中的小鼠进行实验,用一个头发丝一样的电极刺激位置细胞,结果发现原本活跃的位置细胞在受到电流刺激后休眠了,而原本休眠的其它区域的位置细胞却被激活了。
这个实验说明大脑中的位置细胞并不像人们想象的那么稳定,是可以被重新编辑的。
所以是不是意味着,当我们大脑中休眠的位置细胞被激活时,我们便真的成了移动“GPS",走哪都认路了?