暨大腦GPS定位系統(tǒng)研究進(jìn)展匯總諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)*********1/16諾貝爾生理學(xué)取得者研究介紹科學(xué)家JohnO'Keefe、May-BrittMoser、EdvardI.Mosel研究結(jié)果處理了科學(xué)家長(zhǎng)久以來(lái)一大問(wèn)題，即機(jī)體大腦怎樣繪制周圍環(huán)境圖譜以及我們?cè)鯓釉趶?fù)雜環(huán)境中進(jìn)行導(dǎo)航。研究者M(jìn)ay-BrittMoser和EdvardMoser教授年時(shí)在大腦內(nèi)嗅皮層中發(fā)覺了特殊神經(jīng)細(xì)胞-網(wǎng)格細(xì)胞，當(dāng)大鼠經(jīng)過(guò)特定位置時(shí)這些細(xì)胞就會(huì)被激活表示，同時(shí)網(wǎng)格細(xì)胞位置就會(huì)形成一個(gè)六角網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格細(xì)胞都會(huì)在特定空間位置上產(chǎn)生反應(yīng)，最終這些網(wǎng)格細(xì)胞就會(huì)形成一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)空間導(dǎo)航坐標(biāo)系統(tǒng)。網(wǎng)格細(xì)胞能夠和內(nèi)嗅皮層中其它細(xì)胞識(shí)別動(dòng)物頭部方向以及房間邊界，從而在大腦海馬體中形成空間細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這些細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)回路就會(huì)形成一個(gè)復(fù)雜深入定位系統(tǒng)，即大腦內(nèi)置GPS，人類大腦中GPS系統(tǒng)和大鼠大腦中GPS系統(tǒng)含有相同組分。2/162023/9/15JohnO′Keefe和空間位置JohnO′Keefe曾著迷于研究大腦怎樣控制行為問(wèn)題。在上個(gè)世紀(jì)60年代后期，他決定用神經(jīng)生理學(xué)方法來(lái)處理這個(gè)問(wèn)題。他嘗試經(jīng)過(guò)儀器捕捉在某個(gè)房間里自由移動(dòng)大鼠其大腦海馬體中個(gè)別神經(jīng)細(xì)胞發(fā)出信號(hào)，他注意到當(dāng)大鼠處于某一特殊位置時(shí)，有一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞會(huì)變得活躍。他經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)覺這種“位置細(xì)胞”并不只是從視覺上記住，而且會(huì)結(jié)構(gòu)出一幅所處環(huán)境內(nèi)在地圖。O′Keefe得出結(jié)論認(rèn)為：在處于不一樣環(huán)境中被激活這些位置細(xì)胞共同作用下，海馬體能夠結(jié)構(gòu)出很多地圖。所以，大腦對(duì)環(huán)境記憶經(jīng)過(guò)位置細(xì)胞活動(dòng)特定組合方式儲(chǔ)存在海馬體中。如很多諾貝爾獎(jiǎng)得主一樣，奧基夫在1970年代提出相關(guān)“位置細(xì)胞”理論時(shí)，遭到學(xué)界不少人冷嘲熱諷，但現(xiàn)在終于取得必定。奧基夫在倫敦向記者表示，對(duì)獲獎(jiǎng)感到詫異和難以置信，又形容自己年少時(shí)興趣多變，中課時(shí)鉆研古典學(xué)，到大學(xué)卻入讀航空學(xué)科，之后又改修哲學(xué)和心理學(xué)。牛津大學(xué)生理學(xué)聲譽(yù)退休教授斯坦為奧基夫獲獎(jiǎng)感到高興，認(rèn)為是實(shí)至名歸?！坝浀眉s翰最初描繪‘位置細(xì)胞’時(shí)，遭到多么冷漠嘲笑。當(dāng)初學(xué)界經(jīng)典反應(yīng)是‘注定是人為現(xiàn)象’和‘他顯然低估老鼠嗅覺’?，F(xiàn)在人們都認(rèn)為他發(fā)覺已像常識(shí)般，是顯著不過(guò)事?！?/16May-Britt和EdvardMoser在繪制大鼠腦海馬區(qū)連接時(shí)，在鄰近內(nèi)嗅皮層區(qū)域發(fā)覺了驚人活動(dòng)模式。在這個(gè)區(qū)域，當(dāng)大鼠穿過(guò)六邊形網(wǎng)格里多個(gè)地點(diǎn)時(shí)，特定細(xì)胞被激活（圖2）。每個(gè)這么細(xì)胞被特定空間模式激活，這么“網(wǎng)格細(xì)胞”組成了一個(gè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)，促發(fā)空間運(yùn)動(dòng)。加上內(nèi)嗅皮層區(qū)域其它能夠識(shí)別頭部方向和房間邊界細(xì)胞一起，它們?cè)诤ｑR區(qū)形成了回路。這一回路在大腦中組成了一個(gè)廣泛定位系統(tǒng)，一個(gè)內(nèi)部GPS。

May-Britt和EdvardMoser發(fā)覺了協(xié)調(diào)機(jī)制4/16【1】Neuron：大腦靠視覺和身體兩幅“地圖”定位據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)12月5日?qǐng)?bào)道，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)圣芭芭拉分校（UCSB）研究人員利用核磁共振成像（MRI）技術(shù)研究了18個(gè)人大腦，繪制了400個(gè)不一樣手臂動(dòng)作抵達(dá)目標(biāo)時(shí)MRI圖像。他們發(fā)覺，大腦在計(jì)劃動(dòng)作時(shí)，有兩種顯著不一樣定位類型：視覺地圖和身體地圖。研究發(fā)表在《神經(jīng)》雜志上。比如芭蕾舞演員在雙人舞中抓住同伴手或在黑夜里撫摩受傷小腿時(shí)，要想讓手臂抵達(dá)正確位置，其大腦要使用不一樣“地圖”來(lái)定位。最新研究表明，抓住對(duì)方手，要依靠空間視覺地圖，而撫摩小腿，則依靠頭腦中身體地圖。之前觀點(diǎn)認(rèn)為，全部定位運(yùn)動(dòng)，包含導(dǎo)向視覺目標(biāo)或?qū)虮旧?，都是用視覺地圖來(lái)計(jì)劃。論文第一作者皮埃爾-邁克爾·波尼說(shuō)：“我們發(fā)覺，假如目標(biāo)是視覺，后頂葉皮層就會(huì)被激活，用視覺地圖來(lái)編碼運(yùn)動(dòng)；而在黑暗中完成一個(gè)動(dòng)作，目標(biāo)是非視覺，就會(huì)由一樣大腦區(qū)域使用完全不一樣身體地圖來(lái)計(jì)劃這一動(dòng)作?！?/162023/9/15【2】Nature：發(fā)覺大腦“GPS”系統(tǒng)工作原理就好比全球定位系統(tǒng)（GPS）能夠幫助我們定位我們深處何處一樣，大腦也存在一個(gè)內(nèi)在系統(tǒng)來(lái)幫助確定我們機(jī)體所處位置及周圍環(huán)境，近日，一項(xiàng)登載在雜志Nature上研究匯報(bào)中，來(lái)自普林斯頓大學(xué)研究者揭示，一個(gè)名為網(wǎng)格細(xì)胞位置追蹤神經(jīng)元能夠經(jīng)過(guò)集體協(xié)作來(lái)對(duì)機(jī)體進(jìn)行定位。網(wǎng)格細(xì)胞是一個(gè)含有電活性神經(jīng)元，其就好比是一個(gè)動(dòng)物在大自然中隨意旅行一樣，其在年代中期被發(fā)覺，當(dāng)機(jī)體移動(dòng)到特殊位置時(shí)，每一個(gè)細(xì)胞就會(huì)被激發(fā)。更讓人以為神奇是，這些網(wǎng)格細(xì)胞位置都是以一個(gè)六角形模式被安排，就類似于跳棋盤一樣。研究者DavidTank說(shuō)，網(wǎng)格細(xì)胞能夠形成某種空間表征，我們研究主要關(guān)注于形成這種六角形模式神經(jīng)系統(tǒng)工作分子機(jī)制。以前研究中，研究者讓小鼠從電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)虛擬環(huán)境中穿過(guò)，隋鷗測(cè)定小鼠大腦單個(gè)網(wǎng)格細(xì)胞內(nèi)部電信號(hào)。當(dāng)小鼠看到虛擬系統(tǒng)中視頻游戲時(shí)，其就會(huì)移動(dòng)到有小鼠尺寸大小踏板上。6/162023/9/15【3】Science：鴿子腦中含有GPS定位功效神經(jīng)元磁場(chǎng)編碼鴿子能夠從幾百公里之外，甚至在一、二千公里遠(yuǎn)地方，仍能飛回家去，其奧秘何在呢？它答案是鴿子腦部神經(jīng)元為地球磁場(chǎng)編碼，讓鴿子擁有可靠?jī)?nèi)置GPS，鴿子腦部這個(gè)定位系統(tǒng)，讓它們能夠感知地球磁場(chǎng)改變，并在長(zhǎng)途距離中區(qū)分方向?？茖W(xué)家早就知道，許多動(dòng)物（從鳥類到狐貍甚至可能包含人類）身上存在著磁場(chǎng)接收器。在以前長(zhǎng)久研究中，教授們一直對(duì)鴿子認(rèn)路本事爭(zhēng)論不休，一方認(rèn)為鴿子是靠其體內(nèi)磁性物質(zhì)來(lái)識(shí)別方向，就像人使用微型指南針一樣；另一方則認(rèn)為，鴿子將空氣中不一樣氣味作為指示牌來(lái)識(shí)別回家路線，當(dāng)然，視覺信號(hào)作用也不能排除；還有一個(gè)理論認(rèn)為，鴿子是靠太陽(yáng)位置來(lái)識(shí)別方向。這些以前研究基本上確定了磁場(chǎng)接收器存在于鳥類喙部和脊椎動(dòng)物其它部位事實(shí)。7/162023/9/15【4】深度解讀：諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)飛鴿傳書，老馬識(shí)途。當(dāng)還處于原始時(shí)代時(shí)候，人類就已經(jīng)意識(shí)到，很多動(dòng)物都含有出類拔萃導(dǎo)向能力，縱使萬(wàn)水千山，不論陰晴雨雪，這些神奇動(dòng)物總能知道路在何方。人類當(dāng)中也不乏這么認(rèn)路高手，他們腦海中似乎嵌入了一張高分辨率地圖，怎樣都不會(huì)迷失方向。作為一個(gè)出門不帶GPS簡(jiǎn)直不能活路癡，我總是非常羨慕這么人和動(dòng)物，難不成他們大腦當(dāng)中還內(nèi)置了一個(gè)活體GPS？剛才揭曉年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，恰恰向我們解答了這個(gè)問(wèn)題。怎樣才能不迷路呢？首先，我們必須知道自己要去是個(gè)怎樣地方。譬如說(shuō)，我要去北京故宮，我首先得知道那是一個(gè)有著紅色宮墻和金色琉璃瓦巨大宮殿。抽象一些說(shuō)，我們要經(jīng)過(guò)一系列特征來(lái)確定某一個(gè)位置。在我們大腦中，正存在著這么一個(gè)專門負(fù)責(zé)記住位置特征神經(jīng)元。本屆諾貝爾生理及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)其中一位得主，倫敦大學(xué)學(xué)院（UniversityCollegeLondon）約翰？奧基夫（JohnO’Keefe），早在1971年就和同事在大鼠大腦中一個(gè)叫做海馬（hippocampus）腦區(qū)里就發(fā)覺了這么一個(gè)神經(jīng)元，他們將其命名為“位置細(xì)胞”（placecell）8/162023/9/15【5】科學(xué)家首次發(fā)覺人類認(rèn)路細(xì)胞系網(wǎng)格細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)我們都有迷路經(jīng)驗(yàn)。幸運(yùn)是，動(dòng)物大腦中幫助認(rèn)路特殊細(xì)胞如今首次在人類身上得以發(fā)覺。這個(gè)發(fā)覺或許可讓認(rèn)路有困難人得到更加好治療。我們知道，動(dòng)物使用3種類型細(xì)胞來(lái)認(rèn)路。動(dòng)物面臨一個(gè)特定方向時(shí)，方向細(xì)胞會(huì)得到激發(fā)。動(dòng)物處于一個(gè)特定地點(diǎn)時(shí)，它位置細(xì)胞會(huì)激發(fā)。而伴隨它四處活動(dòng)，網(wǎng)格細(xì)胞會(huì)定時(shí)激發(fā)?？茖W(xué)家已經(jīng)在人類身上發(fā)覺了方向和位置細(xì)胞，不過(guò)網(wǎng)格細(xì)胞存在跡象只是在一些大腦掃描過(guò)程中才顯露出來(lái)。為了探尋人類大腦中是否確實(shí)存在這些細(xì)胞，美國(guó)德雷克塞爾大學(xué)約書亞·雅各布斯和同事對(duì)14名志愿者進(jìn)行了測(cè)試。這些志愿者都為治療癲癇而在大腦中植入了電極。研究人員讓志愿者玩一個(gè)電腦游戲，從而統(tǒng)計(jì)他們大腦中一系列單細(xì)胞活動(dòng)情況。在該電腦游戲中，志愿者駕車行駛在開闊空間中，他們要搜尋一些物體，并記住他們找到物體地點(diǎn)。然后，他們必須盡快再次確定這些物體位置，不過(guò)這次，除非志愿者抵達(dá)正確目標(biāo)地，不然他們就無(wú)法看到這些物體。9/162023/9/15【6】NatNeurosci：人腦中也存在網(wǎng)格細(xì)胞據(jù)《自然—神經(jīng)科學(xué)》上一項(xiàng)研究稱，在探尋虛擬環(huán)境時(shí)，人腦會(huì)展現(xiàn)網(wǎng)格狀活動(dòng)。這表明，我們身體內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)即便在身體未發(fā)生物理空間意義上移動(dòng)時(shí)仍是活躍。先前研究認(rèn)為，動(dòng)物對(duì)空間感知源于被稱為空間細(xì)胞和網(wǎng)格細(xì)胞兩類神經(jīng)細(xì)胞作用，當(dāng)動(dòng)物進(jìn)入到環(huán)境中特定區(qū)域時(shí)，空間細(xì)胞便會(huì)活躍起來(lái)，而網(wǎng)格細(xì)胞負(fù)責(zé)展示這種細(xì)胞活動(dòng)空間模式，類似于地圖上網(wǎng)格。即使空間細(xì)胞已被發(fā)覺存在于人腦中，但網(wǎng)格細(xì)胞之前只在嚙齒動(dòng)物、蝙蝠和猴子中被發(fā)覺。JoshuaJacobs等人匯報(bào)了人腦中網(wǎng)格狀活動(dòng)，為網(wǎng)格細(xì)胞存在提供最直接證據(jù)，這也表明人類導(dǎo)航協(xié)作系統(tǒng)同其它哺乳動(dòng)物類似。研究人員將電極經(jīng)過(guò)顱內(nèi)移植入正在接收治療抗藥性癲癇患者腦中，并統(tǒng)計(jì)下神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)情況。他們讓患者用操縱桿找到電腦虛擬環(huán)境中物體，然后經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)找尋患者大腦內(nèi)網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。10/162023/9/15【7】Nature：神經(jīng)細(xì)胞以三角形網(wǎng)格方式記憶通常地圖都使用互成直角經(jīng)線和緯線來(lái)幫助定位，而英國(guó)一項(xiàng)最新研究顯示，人類大腦中“導(dǎo)航系統(tǒng)”使用卻是由正三角形組成網(wǎng)格。英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院研究人員在《自然》雜志上匯報(bào)說(shuō)，他們首次確認(rèn)人類大腦中存在這種利用正三角形網(wǎng)格來(lái)幫助定位“網(wǎng)格細(xì)胞”。過(guò)去曾有研究發(fā)覺試驗(yàn)鼠大腦中存在這種細(xì)胞。研究人員所以設(shè)計(jì)了一套虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，請(qǐng)受試者戴上專用設(shè)備，“游覽”虛擬山谷草地等景色，同時(shí)利用功效磁共振成像技術(shù)測(cè)量受試者大腦對(duì)應(yīng)區(qū)域活動(dòng)情況。結(jié)果發(fā)覺，人類大腦中對(duì)應(yīng)細(xì)胞活動(dòng)一樣展現(xiàn)出顯著正三角形網(wǎng)格模式，而且受試者空間記憶能力越強(qiáng)，這種模式就越顯著。參加研究卡斯韋爾·巴里說(shuō)，這些網(wǎng)格細(xì)胞為大腦提供了空間認(rèn)知地圖，它們使用了與通常地圖中經(jīng)線和緯線非常相同方式，所不一樣是采取了三角形網(wǎng)格而不是方形網(wǎng)格。網(wǎng)格細(xì)胞是大腦中最輕易遭受早老性癡呆癥等疾病影響細(xì)胞之一，這也能夠幫助解釋為何這些疾病常見癥狀就是記不住路。11/162023/9/15【8】大腦重編程后真能夠高效工作來(lái)自西澳大學(xué)研究人員經(jīng)過(guò)研究揭示，電磁刺激或可改變大腦組織結(jié)構(gòu)，使得大腦愈加有效地“工作”，相關(guān)研究結(jié)果登載于國(guó)際雜志theJournalofNeuroscience上。研究者表示，對(duì)小鼠進(jìn)行較弱連續(xù)電磁脈沖，即重復(fù)經(jīng)顱磁刺激(RepetitiveTranscranialMagneticStimulation，rTMS)能夠?qū)⑿∈蟠竽X中異常神經(jīng)連接替換為正常連接，使其大腦能夠愈加高效運(yùn)行，這項(xiàng)研究對(duì)于治療一系列神經(jīng)系統(tǒng)障礙比如抑郁癥、癲癇癥和耳鳴等。為了愈加好地揭示電磁刺激對(duì)大腦作用機(jī)制，研究人員對(duì)出生后大腦結(jié)構(gòu)異常小鼠進(jìn)行了低強(qiáng)度rTMS刺激檢測(cè)，研究人員KalinaMakowiecki表示，甚至在低強(qiáng)度下，脈沖電磁刺激也能夠降低大腦異常神經(jīng)連接，而且將其替換成大腦中正常定位連接。12/162023/9/15【9】思索大腦中第一批

神經(jīng)元細(xì)胞被成功判別出

美國(guó)耶魯醫(yī)學(xué)院和牛津大學(xué)研究人員們最近成功判別出大腦皮層中最初形成第一批神經(jīng)元細(xì)胞。正是有了大腦皮層活動(dòng)，人活動(dòng)才富有些人性化。研究論文發(fā)表于最近一期《自然神經(jīng)科學(xué)》期刊雜志上。研究結(jié)果表明，大腦中第一批神經(jīng)元細(xì)胞，研究人員們把它們叫做“老前輩”，在授精完成31日后就已經(jīng)形成了。這一過(guò)程比以前研究預(yù)想都要早得多，形成這一神經(jīng)元后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間后，胚胎才開始發(fā)育，長(zhǎng)出手、腿或眼睛等組織。研究人員們?cè)谒麄冋撐闹袑懙?，“這些神經(jīng)元細(xì)胞概念在這里是首次提出來(lái)，它們形成要比其它可知促進(jìn)大腦皮層發(fā)育細(xì)胞都要早。這些早熟‘老前輩們’在大腦皮層發(fā)育成型進(jìn)程中一直起著舉足輕重作用?！北娝苤?，大腦皮層主要責(zé)任人認(rèn)知性行為，在感知、記憶、思索、語(yǔ)言、精神能力、智商和意識(shí)方面都起著至關(guān)主要作用。它由200億個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞組成，占整個(gè)大腦重量40%之多。13/162023/9/15【10】JCB：發(fā)覺可加速癌癥及神經(jīng)性障礙疾病治療細(xì)胞導(dǎo)航系統(tǒng)登載在國(guó)際雜志JournalofCellBiology上一篇研究論文中，來(lái)自杜克大學(xué)研究人員經(jīng)過(guò)研究發(fā)覺，細(xì)胞表面一個(gè)“巡回檢測(cè)系統(tǒng)”或許會(huì)為開發(fā)治療很多疾病，比如癌癥、帕金森疾病、肌萎縮側(cè)索硬化(ALS)新型療法帶來(lái)幫助。文章中，研究人員以線蟲作為模式動(dòng)物進(jìn)行研究，線蟲細(xì)胞能夠突破正常組織邊界進(jìn)入到其它組織和器官中，這種反應(yīng)對(duì)于其進(jìn)行許多正常發(fā)育過(guò)程十分主要，對(duì)于其胚胎發(fā)育、傷口愈合乃至新血管形成都很關(guān)鍵；不過(guò)有時(shí)候該過(guò)程也會(huì)犯錯(cuò)，比如癌轉(zhuǎn)移，即癌細(xì)胞能夠擴(kuò)散到全身其它組織中去。DavidSherwood教授說(shuō)道，細(xì)胞侵襲是癌癥研究臨床中研究最為相關(guān)，但卻知之甚少一個(gè)過(guò)程，我們一直致力于研究秀麗