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大脑中的“GPS”定位与导航系统如何工作?

诺贝尔生理/医学奖获得者John O’Keefe做客海外名师大讲堂

发布时间:2017-05-18来源:浙江大学新闻办作者:马宇丹 卢绍庆浏览次数:1439

我们身体中的“GPS”定位和导航系统是如何工作的?515日,2014年诺贝尔生理/医学奖获得者John O’Keefe做客浙江大学海外名师大讲堂,分享了一场题为“海马认知地图的前世今生”的学术讲座,揭开了大脑中的海马体与记忆的联系。

“上世纪50年代末期,大脑中的海马结构在记忆机制中的作用开始受到关注,”John OKeefe介绍道,“一个名叫Henry Gustav Molaison的患者为治疗癫痫切除了双侧海马。但是癫痫痊愈的同时,他不仅失去了过去的记忆(逆行性遗忘),而且无法对当前发生的事件形成记忆(顺行性遗忘)。医生和科学家们很快意识到,海马在记忆形成和存储中发挥着极为重要的作用。”

1971年,John O’KeefeJonathan Dostrovsky通过观察大鼠在旷场自由活动时海马CA1区域神经元的电活动,发现当大鼠处于某个特定位置时,某些神经元会处于活跃状态,当大鼠离开该位置时这些神经元会趋于沉默,于是John O’Keefe将这些神经元命名为位置细胞。1979年,John O`KeefeLynn Nadel进一步研究发现,海马体中包含的各个位置细胞与空间位置一一对应,它们构成了一个空间地图,这个地图在空间定位中起到非常重要的作用。

John O’Keefe介绍了一系列创新而有趣的实验,在视频分享环节现场不时爆发出笑声和掌声。John O’Keefe讲道,为进一步开展研究,研究团队发明了蜂巢实验。实验装置由蜂格形状的升降平台组成。他们首先利用食物奖励训练大鼠从起点到达目标平台。实验开始后将大鼠置于任意一个升起的平台,并升起大鼠身边不同方向的两个平台供其选择,在大鼠前进到所选平台后降下其先前所处和未选择的平台,并升起大鼠身边另外两个不同方向的平台供其选择……实验发现,大鼠每一次都会选择其中更靠近目标平台的升降平台,从而证实了大鼠能够记忆先前的位置信息并判断行动方向。

“我们将一个圆球置于一个装有气孔和传感器的特殊底座上,让小鼠在悬浮的圆球上跑动。小鼠运动带动圆球发生位移,底座上的传感器记录位移信息并在小鼠正前方放置的屏幕上模拟小鼠的运动空间。实验发现,小鼠移动到虚拟空间特定位置时其海马体中的特定神经元会被激活。”John O’Keefe分享了研究团队在2013年使用虚拟现实技术开展的小鼠海马神经元空间定位功能的研究。

“为什么很多女性是‘路痴’,女性的空间定位能力是否不如男性?”John O’Keefe在提问环节回答道,有研究表明女性与男性的空间定位方式有所差异,但并不能说明女性的定位能力低于男性。男性在空间定位时依赖的是对整个空间形态的把控,而女性则更多依赖参照物。此外,John O’Keefe就“空间定位必须依赖视觉吗?”“这一研究领域目前有三维实验吗?”等问题一一作答,并向部分互动同学赠送了装有大脑模型和笔的环保袋。

John O’Keefe是伦敦大学学院认知神经科学教授,就职于细胞与发展生物学研究所,同时是伦敦大学学院神经回路和行为塞恩斯伯里康中心主任。2013年,他与爱德华 莫泽、迈布里特莫泽同时获霍维茨奖,2014年三人因“发现构成大脑定位系统的细胞”共同获得诺贝尔生理学或医学奖。

讲座开始前,浙江大学副校长罗建红与浙江大学医学院党委副书记陈周闻分别向John OKeefe颁发致谢证书与医学院名师名医大讲堂鸣谢牌。讲座由浙江大学常务副院长李晓明主持。

(文 马宇丹/摄影 卢绍庆)