爱德华·莫泽：“大脑GPS”机理探索

王江山

爱德华·莫泽

孤独小岛上的好奇少年

爱德华对科学的兴趣，也许要从童年时代说起。

1962年4月27日，爱德华·莫泽出生在挪威的奥勒松。他的父母是20世纪50年代移民到挪威的德国人，两人组成了一个保守的基督教家庭。爱德华的父亲是一个管风琴制造者，因此在爱德华还是个孩子时，就得以见识到管风琴那精密而复杂的结构。他在父母的教导下，与自己的两个妹妹一起度过了无忧无虑的童年。

挪威风景优美，到处是雪山森林与湖泊的地理奇观，但却人烟稀少，爱德华年幼时居住的小镇甚至只有五百多人。这难免令人感到孤独，但这份冷清却反而激发了少年爱德华探索世界的欲望。他回忆童年时说道：“我对一切都感兴趣，从恐龙到相对论。”也许正是挪威复杂多样的地形激发了他的科学灵感，以至于多年后爱德华成了一名脑神经科学家，去探索人脑导航能力的奥秘。

挪威奥勒松

大脑定位初探秘

从在乌尔斯泰维克高中读书时起，愛德华就对心理学产生了兴趣，并且将这种好奇心一直持续到了成年。1983年，他考入了奥斯陆大学，对心理学的着迷使他选修了心理学课程。第三年，他因与梅-布里特有共同的兴趣爱好，而步入了婚姻殿堂。大学期间，他还在波·安德森（Per Andersen）博士的指导下，初步研究了可自由移动的动物大脑海马体（hippocampus）记忆的形成机制。

爱德华从硕士时开始，就着手研究大脑齿状回区域的神经活动在空间学习中的作用。1995年从奥斯陆大学获得神经生理学博士学位后，便去爱丁堡大学的神经科学中心做博士后，期间，他还访问了伦敦大学学院约翰·奥基夫（John OKeefe）教授的实验室，并在那里做了两个月的博士后研究。那时候，奥基夫也在从事大脑定位系统的研究，这与爱德华之前类似的研究方向，也给他留下了深刻的印象。

探秘网格细胞

人类的大脑可以感知方向，让我们找到去往目的地的正确方向。而要想实现这些，说明大脑至少有两个功能：第一，能感知和反映我们的实时位置;第二，有一张能记录环境坐标的“地图”。

爱丁堡大学

小鼠的运动与神经元活动的对应变化情况

约翰·奥基夫

梅-布里特

早在1971年，奥基夫就在大脑海马体中发现了一种神经细胞。他通过测试小鼠的海马体来进行研究。海马体位于耳后，与行进和空间感知相关。科研人员让小鼠在特定区域内自由移动，再跟踪记录小鼠海马体的运动情况以及变化的过程。奥基夫发现，小鼠海马体内的一些细胞会在它经过某些特定地方时被激活（比如在某些地方放置巧克力，小鼠就会往那个方向前进，同时对应的细胞被激活）。不同的地点对应不同的细胞，说明这些细胞与大脑定位功能有关，他将这种细胞命名为“位置细胞”。这个实验基本回答了大脑的第一个功能是如何实现的。但第二个功能是如何作用的，大家都一筹莫展。

2005年，爱德华与梅-布里特试图一起找寻答案。他们研究的是海马体附近的内嗅皮层区域，也用了与奥基夫类似的实验手段—观察小鼠细胞的激活情况。在研究中他们发现，每当小鼠经过一些特定的位置时，就会有一些细胞被激活，但这种活动非常有规律，不像在海马体中观察到的那样。当小鼠在笼子里自由奔跑时，这种活动会以一定的间隔出现峰值，而这些峰值在环境中分布均匀，大小和方向相似。数学分析显示，这种有规律的活动产生了一个等边三角形网格，因为每个网格细胞的空间模式都不同，所以它们就在脑内建立了一个记录环境坐标的“地图”，如此一来，生物就拥有了精准定位的功能。由于这种细胞的特性，爱德华将其形象地命名为网格细胞。

小鼠在正方形区域内的运动轨迹用黑色表示。红点则表示特定的内嗅皮层内的网格细胞被触发的位置

卡夫利系统神经科学研究所

爱德华认为，网格细胞肯定也存在于人类大脑中。神经外科的脑成像技术和研究表明，在阿尔茨海默病（Alzheimers disease）的早期，内嗅皮层就会受到影响，这与患者在该时期空间记忆丧失的状况是相匹配的。这就说明网格细胞很可能与这种疾病有关。因此，爱德华的这项研究具有非常强的实用性和现实意义。在采访中爱德华也曾表示：“我们研究的目的在于了解大脑以及大脑是如何工作的。我们有一个明确的希望和信念，即我们的研究可以为改进人类疾病的治疗奠定基础。”

结缘人工智能

当爱德华获得2014年诺贝尔生理学或医学奖的消息传出时，他正在飞往慕尼黑的飞机上。因此，当爱德华走下飞机，看到机场上手捧鲜花的欢迎者们时，非常惊讶，还不知道发生了什么。直到人们将好消息告诉他，惊讶才变成了惊喜。

发现网格细胞的同时，爱德华和梅-布里特还发现了其他参与空间标示的细胞。他们一起研究了网格细胞、头部方向细胞、边界细胞和位置细胞之间的相互作用，更深入地了解了“大脑中的GPS系统”。2002年他参与创建了记忆生物学中心，2007年又成立了卡夫利系统神经科学研究所，他们的主要任务是研究大脑的机制以及空间的表现。爱德华的研究帮助科学界更深入地了解了不同类别的神经细胞是如何协调工作、执行更高大脑机能的，有重要的实用价值。

在人工智能技术兴起的今天，脑科学的研究变得更加迫切。爱德华很早就表现出要将脑科学与人工智能相结合的研究兴趣，他认为这种结合能带来无限可能性。爱德华·莫泽在采访中表示，人工智能的发展也许能从人类大脑的处理体系中学到一些东西。以自己的研究为例，如果去了解神经网络的运作方式，就能够了解大脑的空间定位系统如何运作。“我认为人工智能和脑科学的相互合作，能够为研究者提供新信息，带来新的研究方向。人工智能可应用到很多脑疾病治疗中。”不过爱德华也认为，“科学发展很快速。虽然我们知道的东西越来越多，但那只是皮毛，我们仍站在起点。”

地球上的每一个人都忙于某种工作。有些人从事娱乐活动，发挥着艺术和想象力;有些人度过了普通的生活，却也试图使一切变得更好。在这些人中，有一些格外有才华的人，他们日日夜夜都在实验室中为人类探索知识的边界，终于创造出了一些能改善世界的东西。而爱德华·莫泽就在此列，正如他自己所说：“我希望科研发现不仅是对科学界有所裨益，而且能够为人类社会发展贡献力量。”

人物小传

爱德华·莫泽（Edvard Moser，1962—），挪威心理学家、神经学家。1995年，获得奥斯陆大学神经生理学博士学位。现任挪威科技大学卡夫利系统神经科学研究所和记忆生物学中心创始主任，挪威科技大学心理学教授，挪威皇家科学与文学学会、挪威科学与文学学院、挪威技术科学院的成员。因发现组成大脑定位系统的网格细胞，与梅-布里特·莫泽、约翰·奥基夫共同获得2014年诺贝尔生理学或医学奖。

（责任编辑/朱文超   美術编辑/胡美岩）