世界科学领域的“神雕侠侣”

张东亮

因为他们“发现了大脑中形成定位系统的细胞”，解答了一个困扰哲学家和科学家们数个世纪的谜团，瑞典卡罗琳医学院10月6日在斯德哥尔摩宣布，将2014年诺贝尔生理学或医学奖授予挪威科学家爱德华？莫瑟尔夫妇（Edvard 和May-Britt Moser）及其导师。有趣的是，这对夫妇共事已经超过30年，曾就读同一所大学，都酷爱登山，一同赴英留学，回国后同在北极圈边的实验室里搞研究，又一起获得诺贝尔奖，堪称世界科学领域的“神雕侠侣”！

在乞力马扎罗山鉴证爱情

今年51岁的梅·布里特，出生于挪威福斯纳沃格的一个艺术之家，从小酷爱音乐。她与比自己大一岁的老公爱德华.莫瑟尔，分别在挪威两座不同的北极岛屿上长大，在那里夏季似乎是永恒的，而在漫长的冬季，唯一照亮地面的似乎就只剩下天空中的北极光。

两人都出身于非学术家庭，长大后同在奥斯陆大学学习心理学，但两人却并不认识。莫瑟尔夫妇的初次见面是在1983年朋友举办的联谊会上。当时因打工而迟到了的梅跑得满头是汗，但她热情直率的性格却让在座的爱德华印象深刻，“她真是个精力旺盛又十分可爱的女孩！”

几次相处下来，两人渐渐发现彼此有很多相似之处，也都在迷惑着要研究什么课题。而最终他们选择了同一条科学之路———两人最感兴趣的“神经科学以及大脑科学研究”。巨大的学术好奇心和偶然间迸发的爱情火花，伴随着两个年轻人开始了一项全新的使命———找出大脑控制行为的背后机制。

两人前去拜访了该校具有显赫声望的电生理学家皮尔·安德森（Per Andersen），请求跟随他做本科毕业课题。安德森当时正在开展对大脑海马体区域神经细胞活动的研究———这是大脑中一个与记忆有关的区域。而两位年轻学生前来建议将细胞的精确活动机制与动物行为联系起来。安德森与当时大多数的神经科学家一样，对这样直接跨越如此巨大的一步心存疑虑。但是看这两位年轻人非常坚持，便为他们指定了一个听上去简单的课题：在保持小鼠对环境信息记忆能力的情况下，你最多可以切除小鼠大脑海马体的多大一部分？莫瑟尔夫妇欣然接受了这项挑战，并很快有了重大的发现。在当时，科学家们普遍认为海马体是均一的，但他们发现海马体的一侧在空间记忆方面要比另一侧重要得多。

1984年，当时还是本科生的两人登上了非洲坦桑尼亚境内的乞力马扎罗山山顶，并在这里交换了订婚戒指。因为山顶的温度实在太冷，他们两人不得不用最快的速度完成戒指交换，然后赶紧戴上手套。而此时的两人已经设想好了他们未来共同生活的样子：生完孩子就去国外做博士后研究，然后在世界的某一个地方建立自己的实验室。

大学毕业后，他们举行了婚礼。1995年，两人同时在奥斯陆大学获得了神经生理学博士学位，并在答辩完成前，双双收到了来自伦敦约翰·奥基夫教授实验室的博士后研究职位邀请，并一同赴英成为爱丁堡大学的博士后研究员，在伦敦大学担任访问学者。

北极圈边有个“快乐王国”

“我们如何知道自己身处何方？我们怎么找到从一个地方到另一个地方的路径？我们如何存储这些信息，从而能够在下一次立即找到这条路？”1971年，奥基夫教授在小鼠大脑的海马体区域发现了一种被称作“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，比如靠近一个轮子，或是在门前的位置。之后，人们陆续发现了其他与导航相关的神经细胞，比如有些神经细胞在小鼠的头部转向某一特定方向时会激活，有些则是当视野中见到边界（比如笼子或房间的边界）时会激活。这一研究领域变得非常热门，莫瑟尔夫妇也一下子扎了进去。

1996年，莫瑟尔夫妇意外地收到位于特隆赫姆的挪威科技大学的助理教授职位邀请。当时两人有点犹豫不决。因为如果接受，就意味着将前往一个远离世界学术研究中心的偏远之地，一个名不见经传的小型大学单打独斗。但这个学校愿意给出两个职位，这意味着他们可以在一个地方一同工作，并且研究领域也是对口的，对他们的吸引力很大。最终，小两口接受邀请回到了挪威。此时，一同回国的还有他们的两个小宝宝———一个蹒跚学步，另一个还是婴儿。

然而，在特隆赫姆安顿下来并不是一件容易的事。这里离北极圈仅300多公里，天寒地冻，条件十分艰苦，他们必须白手起家，在一间地下室里建立起自己的实验室和一个实验动物设施。但幸运的是，莫瑟尔夫妇凭借自己的努力在短短几年时间内获得了欧盟研究委员会的一笔巨额资助，让事情变得顺利多了。

莫瑟尔太太是个干练的辣妈，尽管已经是两个孩子的母亲，但依然充满青春活力。她每天一大早亲自开车送孩子去幼儿园，然后再回到实验室开始一天的工作。她说自己很幸运，因为和先生有着共同的爱好，所以他们可以一起讨论，一起做实验，在假期相约去登山、旅行，在冬天的周末全家人去滑雪，孩子们活泼可爱，夫妇间彼此融洽，在偏远寒冷的北极圈边，他们宛如拥有了一个属于自己的“快乐王国”。

大脑中的GPS———“网格细胞”

莫瑟尔夫妇在特隆赫姆的第一个任务是改进对位置细胞信号来源的描述。尽管这些细胞本身位于海马体，但也有可能是位于其他位置的细胞对它们发出指令，控制它们何时激活，他们必须从解剖学入手，探查信号是如何在此间进行传递的。

在实验室里，他们两人采用标准化的实验手段研究位置细胞：将电极直接植入小鼠的海马体并记录当它在一个大盒子内自由奔跑时产生的大脑信号。这些植入的电极灵敏度极高，可以记录下单个神经细胞发出的信号，这些信号会被送入计算机并匹配这些神经细胞被激发时小鼠在盒子中所处的位置。这些点的位置在屏幕上以黑点的形式呈现。为了确保小鼠的活动区域涵盖了整个盒子区域，夫妇俩还特地在盒子底部均匀的撒上一些巧克力碎块。而在向一位大脑解剖学专家请教之后，莫瑟尔夫妇得出结论，植入电极的最佳位置应该是避开血管，而置于接近大脑皮层的地方。接下来他们开始不断重复这一实验，记录来自内嗅皮层单个神经细胞的信号。也就是在这一时刻，他们有了突破性的发现！

莫瑟尔夫妇注意到，内嗅皮层区域的神经细胞会在小鼠通过某一特定点的时候发生激活，这一点和海马体区域的位置细胞很像。但它们在其他几个区域也同样会发生激活。当盒子里的小鼠正忙着到处在盒子底部找巧克力碎块吃的时候，莫瑟尔夫妇在一旁专注地观察它们的行为，而计算机则不断记录着小鼠的大脑神经细胞信号并在位置图上进行绘制。很快，一个图形模式渐渐清晰起来———那是一个呈六边形的网格形状，就像一个蜂巢。在盒子里并没有六边形状存在，这一形状是在小鼠的大脑内抽象地形成并叠加于环境背景之上的，当小鼠经过这一抽象六边形上的某一点时，某一对应的神经细胞就会被激活。这是一项重大的发现———这是空间的大脑语言，大脑正是依靠这种语言来刻画周围的空间环境的，这也正是人们长期以来苦苦寻求的问题的答案！

就在导师奥基夫发现大脑“位置细胞”34年之后的2005年，莫瑟尔夫妇又发现了大脑定位机制的另外一项关键组成部分：他们将其称为“网格细胞”。这种细胞能够产生一种坐标系统，从而使得精确定位与路径搜寻成为可能。二人的后续研究，揭示了位置和网格细胞是如何令定位和导航成为可能。大脑内的定位系统，被称为大脑中内置的“GPS”，它让我们能够在空间中实现定位，揭示了高等认知能力的细胞层面机制。莫瑟尔夫妇对“网格细胞”的这一发现，解答了一个困扰哲学家和科学家们长达几个世纪的谜团。

夫妇完美搭配齐获诺奖

获得2014年诺贝尔生理学或医学奖，对于莫瑟尔夫妇确是意料之外。按照惯例，诺奖委员会会打电话通知诺奖得主，并记录下他们第一时间的反应。当时接到电话的莫瑟尔夫人正在实验室开会。周一早上她有好几个会议，当时她正在和同事们激烈地讨论研究数据，因为讨论过程太有趣，差点错过了电话。在得知获奖后，莫瑟尔夫人说自己简直“震惊了，一直在哭”，接着又像孩子般兴奋得手舞足蹈，和同事们一起喝着香槟庆祝。而此刻一同获奖的莫瑟尔先生正在飞往德国的飞机上，就在消息宣布一个半小时后，莫瑟尔先生缓缓走下飞机的时候他才得知这个喜讯，人们拿着鲜花在机场迎接他。“这真是一个惊喜，我完全没有想到。”他说，慕尼黑机场的官员们亲自向他祝贺。而当他打开手机才发现，自己竟有“120个未接来电”。

诺贝尔奖评选委员会对他们给出了这样的评价：“爱德华.莫瑟尔夫妇与其导师奥基夫的研究成果，解决了困扰科学界几个世纪的难题，揭示了大脑如何创建周围空间的‘地图，如何在复杂环境中定位路径。对大脑定位系统的认知，可能帮助我们进一步了解人类大脑空间记忆的中枢机制，开启人类对记忆、思考等认知过程理解的新篇章。”

莫瑟尔夫人的好友———中科院院士、神经生物学家段树民则认为，这一发现给老年痴呆症的治疗指明了方向，“以前只认为是老年人的记忆力下降，对于治疗，一直没有发现有效的预防和治愈的方法。而定位细胞的发现，让我们知道人是靠空间能力才能在环境中识别、记忆并辨别方向。大脑的网格细胞系统功能不仅支持导航，还有记忆功能。老年痴呆症病人经常迷失方向，与空间记忆功能受损有关。如果从患者的网格细胞入手进行治疗，可能就会有效。”

有人说莫瑟尔夫妇是幸运的，并非每一对夫妻都能像他们那样一起舒适和谐地工作，并获得如此大的成功。而他们将此归结为彼此随和的脾气和共同的兴趣爱好———不仅是科学，其他方面也是一样。他们都喜爱户外运动：莫瑟尔夫人三天两头会在他们位于海边的房子附近的山地上跑步，而莫瑟尔先生则会在周末出去徒步行走。他们两人都对火山充满热情，所以共同选择在一座休眠火山的山顶订婚，并且已经一同攀登了阿尔卑斯山等世界各地的许多座高山。在工作中，莫瑟尔夫妇则采取分工合作的方式。丈夫更多的进行计算与理论工作，妻子则负责实验室管理以及人员管理，并承担更多的实验工作任务。莫瑟尔先生说：“我们有着不同的长处，每次我俩将各自的长处相结合，都能做出更好的结果。”

现在，莫瑟尔夫妇还是会在早餐时间讨论有关“网格细胞”的研究话题，也会在清晨的实验室会议中进行更加细致的探讨，或是傍晚在附近的小餐馆津津有味地交流。在外人眼里枯燥乏味的学术研究，对于莫瑟尔夫妇来说却是妙趣横生，比烛光晚餐还要浪漫！

（责编 陈 啸）