发现大脑中的GPS

杨先碧

现在开车的人，越来越依赖GPS导航，GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。在GPS中输入你想要到达的地方，它就会在相应的位置提示你左拐还是右拐，直至把你带到你想到的地方。

你知道吗？人的大脑中也有一套“GPS”。你认路能力的强弱就和大脑中的GPS有关。

2014年诺贝尔生理学或医学奖的3名获奖者就是发现了大脑中GPS的奥秘。

识别位置：从老鼠走迷宫现象中获得的发现

40多年前（1971年），美国科学家奥基夫曾训练过一批小鼠走迷宫。他利用一种特别的手术，在小鼠的大脑里安装了一些微型电极。这些电极可以记录大脑细胞活跃时放出的电信号，并把这些电信号发送到记录仪上。

结果，奥基夫发现这些小鼠走到一个有特殊标记的位置时，大脑中的一些细胞十分活跃；而到了下一个有特殊标记的位置时，另外一些细胞变得很活跃。奥基夫认为，小鼠大脑中的这些细胞就是帮助大脑定位的位置细胞。在所有位置细胞的共同努力合作下，小鼠可以记住迷宫内各个有特殊标记的位置，并利用对这些位置的记忆描绘出一张迷宫地图。由于所有动物的大脑有相似之处，科学家推测人们的大脑里也有位置细胞。奥基夫的进一步研究还发现，小鼠的所有位置细胞都集中在大脑海马区的某个特殊区域。

网格细胞设置路线

然而，光有不同位置所形成地图还是不够的。如果大脑只能记住一个个不同的位置，我们还是不可能在纵横交错的道路中找到回家的路。只有把这些位置按照合理的顺序连接起来，我们才能找到正确的路线，才不会走冤枉路或迷路。那么，是什么细胞来帮助大脑处理位置细胞所获得的信息呢？这个问题迷惑了科学家整整34年。

直到2005年，莫索尔夫妇才发现，大脑中还有另外一种细胞，那就是可以记忆和描绘路线的细胞。莫索尔夫妇的研究套路还是让小鼠走迷宫。因为迷宫有许多岔口，如果只记住特殊的位置，记不住岔口处要走的正确方向，那就会进入死胡同，就像我们有时会在十字路口迷路一样。

莫索尔夫妇发现，小鼠经过几次的尝试和学习，居然可以判断出岔路口的正确路线。他们认为，小鼠已经具备了在大脑中描绘正确路线图的能力。显然，这种能力并不来源于位置细胞。电极的测试结果也是如此：小鼠在岔路口选择路线时，大脑活跃的细胞并不在位置细胞所在的海马区，而是在附近一个叫内嗅皮层的区域。

由于这些细胞活跃时放电的图样像网格，莫索尔夫妇没有像他人期待的那样称这些细胞为导航细胞，而是称它们为网格细胞。进一步的研究还发现，网格细胞不仅可以辨别运动的方向，还可以辨别运动的距离、道路的边界。也就是说，网格细胞可以让我们找到一条合理的路线和运动轨迹，不会迷路，也不会越出道路。

思维定势让很多科学家白忙乎

为什么从位置细胞的发现，到网格细胞的发现相隔了整整34年？是思维定势让科学家经历了一次又一次的失败。由于海马区是公认的主管记忆的区域，在奥基夫在海马区发现位置细胞后，科学家总是在海马区忙活，企图在海马区再找到识别路线的细胞，结果没有想到谜底在海马区之外的内嗅皮层。

如果说位置细胞帮我们描绘一张张地图，那么网格细胞则帮我们设计一条条路线。如果说位置细胞帮助我们选择起点、途经点和终点等位置，那么网格细胞则把这些位置串起来，起到导航的作用。两者合起来，就构成了我们大脑中的定位导航系统。

定位导航能力是动物大脑的基本能力之一。如果不具备这样的能力，动物就不能在自然界中主动地参与觅食、交友等活动，动物也就很难由低级向高级进化，人类也就不会出现在地球上。

不会迷路的超级战士

俗话说：老马识途。然而，老人们并不一定识途。有的爷爷奶奶到了一定年岁后特别容易迷路，他们一出门就找不到回家的路了。这是因为他们患上了老年痴呆症，更为科学的说法是阿尔茨海默病。得了这种病就如同汽车的GPS失灵了。

在弄清楚包括位置细胞和网格细胞在内的识路细胞的作用之后，科学家希望能借此开发出一些增强和改善这些细胞功能的药物，重启老年痴呆患者大脑中的GPS，让他们重新拥有识路的能力。因此，研究大脑中的GPS在医学上具有实际的用途。

在危机重重的战场上，如果不能按照正确的路线前进，随时都可能面临生命危险。因此，强烈的空间感和识路能力对战士来说特别重要。科学家希望未来通过基因改造的方法或是药物刺激的方法，能够升级健康人大脑中的定位系统，打造出具有极强空间感和特殊识路能力的超级战士。这些超级战士能够随时发现环境中的异常变化，找到一条能够有效避免潜在危险的合理路线，顺利地完成侦查、爆破、诱敌、杀敌等作战任务。