發現定位系統關鍵細胞 解人類懂覓路之謎大腦導航三傑奪醫學獎

發現定位系統關鍵細胞 解人類懂覓路之謎
大腦導航三傑奪醫學獎

【諾貝爾獎 醫學獎】

我們是怎樣知道自己身處位置?如何懂得覓路從一個地方到另一個地方?又是如何儲存這些位置資料的?今年諾貝爾醫學獎的三位得主分屬兩代人,一位是先鋒,另一對是後起夫妻檔,對大腦導航問題有共同興趣。他們分別發現大腦定位系統的關鍵細胞,為解開哲學和科學一個數世紀謎團,打開大門,共獲諾獎殊榮。

瑞典卡羅琳醫學院昨天(周一)宣佈,今年諾貝爾醫學獎的800萬瑞典克朗(858萬港元)獎金,擁美英雙重國籍的奧基夫(John O'Keefe)獨得一半,挪威的愛德華.莫澤(Edvard I. Moser)和太太梅─布萊特(May-Britt Moser)則瓜分另一半。

「位置細胞」助建空間地圖

評審團指三位得主的發現,「解開了幾個世紀以來長存哲學家和科學家心中的疑問,就是大腦如何為周遭環境建立空間地圖,我們又如何能在複雜的環境中,找到正確的路?」
評審團指德國哲學家康德早在200多年前提出,空間概念是先驗知識,是獨立於經驗、與生俱來存在於思想中;20世紀中實驗心理學家開始對這問題進行實證研究,從老鼠走迷宮研究發現牠們有導航能力,相信是因為牠們腦中有張地圖,問題是這地圖在大腦究竟是甚麼東西,以及是如何組織的。
奧基夫在1971年發現大腦導航系統的首個組成部份,透過老鼠在房間走動時,紀錄其大腦海馬體(hippocampus)各個神經細胞的訊號,發現老鼠每次在房間某一位置,都有同一組神經細胞激活,在房間其他位置就激活另一組神經細胞。他將這些細胞稱為「位置細胞」(place cells),將這些細胞全部加起來,就組成該房間的地圖,不同環境的地圖,分別儲存在海馬體不同組合的細胞中。
後來的研究員亦發現了大腦內的方向感知細胞,如能辨別頭部方向的細胞,但知道位置和方向,仍不足夠,像位置A和B之間有多條路線,究竟大腦是如何知道走哪一條路徑呢,這個謎要三十多年後才解答。
莫澤夫婦在2005年發現,老鼠在房間走動時,原來毗連海馬體的內嗅皮質(entorhinal cortex)部位,也有強烈的細胞活動,當老鼠經過多個特定位置,內嗅皮質內某一細胞就會激活,這些「網格細胞」(grid cells)每個都代表特定空間模式,加起來組成了一個對應六角形網格的座標系統,可供導航,並跟內嗅皮質內方向感知細胞和海馬體內位置細胞形成迴路,組成大腦內的定位導航系統。

「網格細胞」組座標系統導航

近年研究顯示人腦亦有位置細胞和網格細胞,亦顯示腦退化症病人因海馬體和內嗅皮質受影響,所以易迷路。評審團指大腦定位系統的發現,亦為腦神經科學帶來「範式轉移」,知道由不同特別功能的細胞合作,可執行高等認知功能,為研究記憶、思考和計劃等認知功能帶來新思維。
法新社/諾貝爾獎網站

歷年榮獲諾貝爾獎的夫婦

1903 物理學獎
居禮夫人(Marie Sklodowska Curie)與丈夫居里(Pierre Curie)
1935 化學獎
居禮夫人女兒艾琳(Ir箢ne Joliot-Curie)與丈夫弗雷德里克.約里奧─居禮(Fr𥌎d𥌎ric Joliot-Curie)
1947 醫學獎
科里(Carl Ferdinand Cori)與太太格蒂(Gerty Cori)
1982 和平獎
阿爾瓦(Alva Myrdal),而丈夫米達爾(Gunnar Myrdal)1974年獲頒經濟學獎