【時事焦點】2014年諾貝爾生醫獎-發現大腦裡空間記憶的構築細胞

■美國與英國雙重國籍的John O’Keefe、挪威的May‐Britt Moser及Edvard I. Moser夫婦,三人因發現大腦定位系統的神經細胞,共同獲得2014年諾貝爾生理與醫學獎。
nobel編譯|范姜文榮

我們如何知道位在何處?如何找到從一個地點到另一地點的路徑?如何能儲存這些訊息,以便下次能迅速找到相同路徑?今年的諾貝爾生理與醫學獎得主,他們發現大腦內部GPS,使我們能定位空間所在位置,並證實腦部有些神經細胞,負責高階認知功能。

雖然過去Edward Tolman發現在迷宮(labyrinths)中移動的大鼠,能夠學習到如何找到正確路徑,並推測大鼠腦內有認知輪廓圖,讓它找到正確路徑,但是長久以來,對於大腦如何建置此空間輪廓圖仍是未知。

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2014諾貝爾生醫獎得獎者

John O’Keefe於1971年,首先發現腦部定位系統組成,他發現當大鼠在房間某特定位置,鼠腦某特定區域-海馬迴(hippocampus)的一類神經細胞(a type of nerve cell),總是被活化。當大鼠被移至其它位置,則活化其它神經細胞。John O’Keefe認為這些位置細胞(place cells)形成房間的空間輪廓。

經過30年後,在2005年,May‐Britt Moser及Edvard I. Moser夫婦發現另一腦部定位系統的重要組成。他們辨識出另一類神經細胞-網格細胞(grid cells),這些細胞能產生座標系統,並負責正確定位及路徑尋找。他們的研究證實,位置細胞與網格細胞,如何能去定位及導引路徑。

John O’Keefe、May‐Britt Moser及Edvard I. Moser,三人的發現解決百年以來,一直困擾哲學家及科學家的疑問,大腦是如何建置環繞自身的空間輪廓圖,以及我們是如何在複雜的環境,找到導引的路徑。

John O’Keefe與空間位置
John O’Keefe著迷對大腦如何控制行為與做出決定的問題,在1960年,嘗試使用神經生理學的方法來探索此問題,即藉由紀錄在房間內自由運動的大鼠,其大腦海馬迴區的個別神經細胞訊號。他發現當大鼠在環境特定位置,某一神經細胞會被活化。他證實這些神經細胞-位置細胞,不僅能記錄視覺輸入,並且能建置環境內部輪廓。John O’Keefe認為大腦海馬迴區,被活化的位置細胞,能彙整能產生無數的空間位置輪廓圖,因此某環境空間的記憶,能被儲存在位置細胞機能的特定整合。

May‐Britt Moser及Edvard I. Moser發現座標系統
May‐Britt Moser及Edvard I. Moser在大腦內嗅皮質(entorhinal cortex),有令人驚訝的細胞活動模式,他們發現當大鼠通過六角形的網格路徑多重位置,某些細胞會被活化。此每一細胞會受到特定空間模式的活化,這些細胞合稱為網格細胞(grid cells),建構座標系統,負責空間導航。並與能辨識所在方位及房間的界線的內嗅皮質其他細胞合作,與海馬迴區的位置細胞,共同形成空間路線圖。此空間路線迴路,建置腦內複雜的位置系統-腦內GPS。

三人的在大腦位置系統領域的前瞻性研究,有助於我們去理解空間記憶喪失的機制,以及尋找此類疾病的治療方式。也開啟人類瞭解其它認知過程,如記憶、思考、及規劃的新方向。

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研究出處:
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2014
得獎者照片:
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2014/
研究簡介圖:http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2014/med_image_press_eng.pdf

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