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专访夫妇诺奖获得者之一Edvand Moser教授:大脑中的GPS

2017/05/16 来源:生物探索
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导读
2017年5月8-12日由冷泉港亚洲举办的Francis Crick Symposium学术会议在苏州举办。诺贝尔奖得主,挪威科技大学的Edvard Moser教授作为特邀嘉宾做了主题演讲。生物探索非常有幸在会后对他进行了采访。May-Britt Moser和Edvand Moser夫妇是诺贝尔奖史上第五对获奖的夫妻。Edvard Moser教授给我们讲述了他们是如何相知相遇开始科研的故事,并介绍了他们如何发现发现大脑GPS——网格细胞及其对网格细胞的深入研究。

2017年5月8-12日由冷泉港亚洲举办的Francis Crick Symposium – Transforming Neurosciences: Questions & Experiments学术会议在苏州举办。诺贝尔奖得主,挪威科技大学的Edvard Moser教授作为特邀嘉宾做了主题演讲:“Development Of The Entorhinal-Hippocampal Space Circuit”。生物探索非常有幸在会后对他进行了采访。

2014年的诺贝尔奖生理学或医学奖是颁给英国科学家John O'Keefe,挪威科学家May Britt Moser以及Edvand Moser的,以奖励他们在“发现了大脑中形成定位系统的细胞”方面所做的贡献。May-Britt Moser和Edvand Moser夫妇是诺贝尔奖史上第五对获奖的夫妻。


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相遇相知是科研的起点

May-Britt Moser和Edvand Moser夫妇的相遇相知是科研界的一段佳话。Edvand Moser教授告诉我们,当他们1980年一起学习心理学课程,他们都决定走进新的学科来更多地了解大脑。他们想找出大脑控制行为的背后机制。当时这对年轻人获得了在就读的奥斯陆大学Per Andersen实验室完成本科毕业论文的机会。Per Andersen是当时挪威著名的电生理学家,对大脑的海马区有着深入的研究。在他那里,他们俩将心理学和生理学以独特的方式组合起来进行科研。


后来他们俩还双双获得了位于伦敦John O'Keefe教授的实验室发来的博士后研究职位邀请。O'Keefe教授在小鼠大脑的海马区发现了一种被称作“位置细胞”的特殊神经细胞。这些细胞只有当小鼠抵达某一特定位置时才会被激活。1996年,Moser夫妇收到了挪威科技大学的助理教授职位邀请。这个学校愿意给他们两人两个职位,他们可以在一个地方一起创建实验室,就是在那里他们开始寻找位置细胞的信号来源并深入下去,一切渐渐走上正轨。

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发现大脑GPS——网格细胞

Moser夫妇通过化学方法让小鼠海马体的部分区域失活,观察到位置细胞的信息流是从临近的内嗅皮层传导而来的。之前没有人记录过这一组织的活动,由于其一侧非常接近一根大血管,非常难于接触。请教过大脑解剖学家后,Moser夫妇小心地将电极避开血管,植入接近大脑皮层的地方,记录来自内嗅皮层神经细胞的信号。也就是在这一时刻,他们有了突破性的发现。


他们发现内嗅皮层区域的神经细胞也会在小鼠通过某一特定点的时候发生激活,和海马区的位置细胞很像。计算机所记录小鼠的大脑神经细胞信号,显示出了非常独特的位置图,非常地有规律。最终他们发现这是一个六边形的网格形状。小鼠跑动的环境中并没有六边形的形状存在。这个六边形在小鼠的大脑内抽象地形成并叠加于环境背景之上的。经过这一抽象六边形上的某一点时,对应的神经细胞就会被激活。他们意识到这是让人振奋的发现,但到文章的发表,还又花费了半年时间来研究得出最终结论。

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围绕网格细胞的深入研究

科学家们一直推断动物的大脑中可能存在知觉地图,存储了有关周围空间的信息。而网格细胞的发现证实了这一观点。但科学家们仍然还不知道位置细胞、网格细胞等导航细胞是怎样作为一个大脑里的GPS帮助动物完成空间定位的。在2005年发表了发现网格细胞的文章后,Moser夫妇围绕网格细胞做了很多深入的研究。

Moser夫妇继续研究网格细胞是如何产生、如何工作的,以及它们如何与其他空间单元类型进行交互。Edvand Moser教授说网格细胞帮助我们更好地理解空间的神经表征。最迷人的是六边形图案是由皮层本身产生的。在外部世界没有网格模式;一切由大脑单独完成。

Edvand Moser教授继续给我们介绍网格细胞引导的六边形就好像是晶体结构图。晶体通常不是那么完美的,网格细胞产生的也是一样,通常会偏移一点。但是如果大脑出现疾病,比如始于内嗅皮层的阿尔茨海默氏病,早期症状间接地显示网格细胞的损伤,规则的六边形会被干扰。但是这是间接的证据,大脑疾病和网格细胞的关系还需要更多的研究来证实。

Edvand Moser教授说关于网格细胞是否受环境影响,既可以说是、也可以说不是,这取决于我们怎样去研究。他们做了将小鼠放置于不同环境,想看看环境是否能塑造网格细胞系统。但看上去这种六边形是非常难改变的。说到能被塑造,是必需在研究对象非常年幼的时候。

他们也相信网格细胞除了定位还有一些记忆的功能。如果这个系统被破坏,会同时丢失方向感和记忆。但记忆功能只是猜想,还需要很多科学研究来证实。

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科学感言

我们的采访每次都会问问科学家们的科学感言。面对赫赫有名的诺奖得主,我们也向Edvand Moser教授询问了如何能做好科研的问题。Edvand Moser教授说:“首先你必须是有充分动机的、积极的状态,必须喜欢你所做的事、认为它是有趣的、并打算找出源头,这是最重要的。接下来,你必须勇敢,能够往前迈一大步,而不是仅仅确认别人所提议的想法。你必须自信,敢于接受挑战。你必须有些聪明才智,但不需要非常聪明。你必须是富有创造力的,能够想到好的想法。”

Edvand Moser教授说这并不是他第一次参加冷泉港亚洲的会议,六、七年前他来过一次。这是个很出色的会议,展示了非常不错的科研成果。不止是报告本身,参加会议的学生、博后都非常积极、问了很多问题,很有意思。中国的青年科学家们应该会把科研做得很好。

冷泉港亚洲

冷泉港亚洲沿袭美国冷泉港实验室的传统,为来自亚洲乃至全球的科学家及学生们,提供近距离分享最新科研进展的独特平台。在冷泉港亚洲,与会者不论地位、年龄、国籍、性别、种族,都将于会议全程得到平等自由的交流机会。冷泉港亚洲会议的最大特色,就是大部分在会议上发表的演讲,选择自全体与会者公开提交的摘要中(年会除外),报告涵盖了大量未发表的最新科研进展。

冷泉港亚洲会议一般历时3-5天,由高密度的演讲分会、海报展示分会及各类社交活动组成。每一位演讲者的报告时间约为15-20分钟,台下听众将有5分钟的时间与演讲者进行交流问答。海报展示分会一般安排在下午,每一位作者都将有机会,就自己的研究成果及感兴趣的话题,与来自世界各地的学者们进行充分探讨。