诺奖得主May-Britt Moser：对大脑的空间、导航和记忆功能的研究

    May-Britt Moser：非常感谢，非常感谢各位的邀请，非常感谢主办方的邀请，能够让我参加这次大会。

    我首先想说我非常幸运，因为我其实实现了我儿时的梦想。在我小时候，我是在农场长大，是在一个小岛的农场长大，然后那个小岛上，农场里也就几百人，当时我心里面有一个大的问题，就是为什么人有这样的特殊行为，为什么会这样。

    我刚刚说我小时候有这样一个梦想，我想找到一个问题的答案，这个问题就是为什么我们会有这样的行为。在我们的体内，在我们有特别的行为的时候，体内有哪些变化。我非常幸运遇到了爱德华先生，我们一起就建立了一个实验室，实验室的愿景就是希望探究人类的大脑是如何产生我们的这种心理行为的。具体来讲，我们具体做的研究我们特别关注空间、导航和记忆，人类大脑的三大功能。这就是我今天演讲的主题。我看看能不能翻页。

    好，今天我想给大家谈一谈情景记忆。什么叫情景记忆？比如说我们记住了一个情景，可以把这样一个情景向别人复述，比如说今天我们参加了会议，你回去介绍今天发生了什么，你晚餐吃了什么可以介绍，你也可以学到新的只是想别人进行复述，这个是情景记忆，取决于大脑中的器官海马体，可以从这个图上看出。这个图有点吓人，这就是海马体。海马体在人类大脑的这个部位，在太阳穴附近。如果你把海马体从人的大脑中取出的话，它的形状和右边的海马比较类似，就像海马一样，所以我们管这样一个器官叫做海马体。这个是海马的拉丁语，我们管它叫做海马体。

    如果人的大脑中没有这两个海马体的话，那就会出现癫痫。任何的药物也没有办法治愈它，所以就需要做手术。如果人类大脑中的海马体受损的话就会癫痫必须把海马体取出会才治愈。但取出之后智商是正常的，比如说骑自行车，看上去是正常的，但是没有海马体的人是没有办法记忆新的情景，没有办法记住新的名字和面容。也就是说，他的情景记忆是会受损的。

    我们的导师约翰，他开始研究的时候就了解了这个现象，我们的导师想进一步探究大脑的这样一个结构海马体。他如何进行研究，首先通过研究小鼠动物的海马体，他在小鼠的海马体里面加上传感器，这样一来，让小鼠可以跑来跑去可以追吃的，巧克力、米饭，然后他可以通过传感器来看一下这个海马体中的细胞发出怎样的信号。在我的短片中有这样一个视频可以给大家看一下，请翻到下一章。这之前，我先来给大家讲一讲我们如何从三个方面的研究情景记忆。其实回答三个问题，什么是情景记忆，Tulving 1972年说到情景记忆可以问三个问题，第一是这个事在哪儿发生，什么时候发生，发生了什么。所以在我的演讲中，我将告诉大家，海马体在大脑什么部位产生，以及产生了什么。第三个是什么时候产生，我来解答两个哪里和发生了什么，我们少等一下，一会儿有一个视频出来。

    这张幻灯片上右边是我们的导师约翰先生，他想研究空间导航究竟如何实现。他在小鼠里面加入这样一个传感器，小鼠在这个空间里面跑来跑去，我们下面看看能不能放这样一个视频。请播放视频，谢谢。

    （播放视频）

    我们通过传感器来听取这个海马体中一个细胞的反应，大部分的时候这个细胞安静没有被激发，但是你看在有一些点上，这个细胞会被激发，会有"泡泡"的声音，这说明这个细胞被激发了。

    大家看一下这边的红点，反映的就是一个细胞所发出的电脉冲，向其他细胞所发出的电脉冲，这个细胞好像它比较喜欢左上角，尤其可以从右边的图上看出，我们看蓝色就说明细胞没有被激发，红色说明被激发比较频繁。你如果对海马体中的细胞几百个进行同时记录的话，你就可以来判断这个动物在这个空间中的具体的位置了，而且这个精度可以达到5厘米，非常精确。

    爱德华和我创立实验室的时候，我们当时思考空间的信号，海马体的空间信号从何而来，我们做了很多的实验，结果出版了，通过实验的结果，我们用了一个更大的实验场所，有一个更大的盒子，对这样的小鼠做了更多的实验，对于小鼠的中内皮层进行探测。大家看这个黑线是小鼠行动的路线，这个蓝点是什么？这一个蓝点代表一个电脉冲，所以这边就是一个细胞所产生的所有的电脉冲，所有的信号。我们管这样一个细胞叫做网格细胞，因为它记录的好像方位网格一样。而且这个网格细胞可以非常精确的反映出小鼠所在的具体的位置，你甚至可以在这边画上一个等边三角形，这些细胞激发的点都可以用等边三角形联系在一起。所以甚至你在浴室里面也可以用细胞的图案来铺瓷砖。这就是我们所说的空间导航所使用的海马体中的网格细胞。

    我们再看下一张幻灯片。前面我谈到网格细胞和空间细胞有一定的联系，但是还有一点这个网格细胞我刚刚没有提到，不同的网格细胞起到的作用是不一样的。我们看到，这边就是小鼠的内嗅皮层的网格细胞，而且分辨率非常高。如果你进一步深入分析，增大分辨率的话，就像是把它放在气球上，把气球吹大这样一来精度会越来越高，你发现这些点的距离在增加，精度越来越高。可以看到右边这张图，这边就是不同尺寸大小的网格细胞。这边越来越小。如果你把所有的这些网格细胞大小不同的网格细胞，线性的把它组合起来，线性叠加，会形成一个大的信号脉冲。不要忘记了，前面讲到了在约翰的研究中发现海马体中的网格细胞只有一个大的脉冲，那其实就是由这些方位细胞叠加而成，形成了网格细胞中的一个大的脉冲。

    这样一来我们引出这样一个问题，这些细胞是在大脑深处，这些细胞并没有直接和眼睛进行连接，也不和耳朵或者说其他的输入信息进行连接。那么在大脑深处的细胞为什么能够知道在什么地方被激活，什么地方不被激活，究竟这个细胞需要怎样的信息才能够完成这样的精密、精确的工作。我们可以猜测一下就像GPS一样。

    GPS有什么？首先会判断方向，判断速度，那我们也猜测这个细胞液是通过这两个信息判断所处方位。所以在这样一个结构中，在内嗅皮层中我们不断寻找，看看有没有其他的细胞告诉大脑小鼠朝哪个方向在走，速度又是多快。

请看下一张，这是我们的一个博士后，Sargolini女士，她负责寻找细胞中的头部方向细胞。大家可以看到右边有一个小鼠，这个小鼠向西的时候，这个时候方向细胞会被激活，如果它向西北方向的话，如果你记录另外一个细胞的话，另外一个细胞也会被激活。你可以把这类细胞叫做方向信号或者当成指南针一样。

    请看下一张幻灯片，接下来问题是大脑中有没有速度剂，有没有专门的细胞把速度传输出来，这是另外一个博士后Kropff，专门给小鼠设置了一个小车，通过这种办法控制小鼠前进的速度。，这个小鼠如果放在小车上，这个小鼠说不定就睡着了，所以我们就在下面加上了一个小鼠跑动的一个轮子，小鼠必须在这个轮子上跑动。这样一来我们就可以判断小车前进的速度。通过这张图可以看出，这边就反映了这个细胞的激活行为，红色表明被激活，而灰色表明小车的速度。你可以看出这边的曲线是吻合的。小车很快的时候，小鼠跑得很快的时候，这个细胞被大量激活，小车跑得很慢的时候，这个细胞就没有被激活。不管是朝北走还是朝南走，朝上走，朝下走，这个细胞只是告诉大脑小鼠的速度是多快，我们管这类细胞叫做速度细胞。

    请看下一张幻灯片。为了让网格细胞能够实现如此的精度，网格细胞就需要从头部方向细胞以及速度细胞中获得信息。通过这种方式，人类大脑深处的网格细胞才能进行自动的计算，来形成这么完美的图案。

    请看下一张。到目前为止，我已经给大家介绍了在哪里，情景记忆中的哪里这样一个大的问题。我们再来看一看在情景记忆另外一个大的问题，发生了什么，这也是很重要的一个问题。

    首先我们来思考一下气味。如果你能够闻到一个味道，这个味道的话往往很小的时候闻到的味道，你年纪很大的时候都能记住。我们在实验室里面可以做实验。我们就在思考，为什么一个气味能够让我们记这么久；为什么我们能够把一个气味和我们当时所处的这样一个场所形成一个联系。

    比如说让它闻两个味道，一个是香蕉味，一个巧克力味，然后我们对小鼠进行训练，让它闻到巧克力味的时候往左下角走，闻到香蕉味的时候就往右下角走。左下角是巧克力味，右下角是香蕉味。我们看看这个小鼠叫艾玛，它闻到了巧克力，朝左下角走了，很棒。香蕉味往右下角走了，训练得很好。巧克力。所以这个小鼠像我们一样，有的时候它也会犯错。这对我们来说是好事，为什么？因为我们需要这些错误，才能够更好的理解大脑细胞是如何发挥细胞的，如何影响行为的。

    这个小鼠需要更集中注意力，闻一闻究竟是什么味道，这会儿就找对了，香蕉味右下角。我们另外一个博士后加入了更多的海马体中的传感器，通过这些传感器我们可以看到小鼠在学会这样一个技巧的时候，大脑中有什么样的变化。一开始搞不清楚味道和方位关系，但是随着我们的训练逐渐在大脑中形成一个地图，它知道左下角是巧克力，右下角是香蕉味。它犯错的时候即是知道这个任务是什么，这样一个地图这个时候就没有展示在它的大脑中。

    所以，当时我们是有一点点迷惑的，是不是这样一个细胞没有被激活，我们再看幻灯片最后一张，这是最后一张幻灯片。

    到目前为止，我给大家讲的都是基础科学。我们要问的问题就是是否还需要基础科学才能理解我们人类的大脑，我们能不能通过对小鼠大脑的研究，来理解人类大脑。我们所知道的就是得于阿尔茨海默症而言，第一个出现的状况就是海马体被取出一样，他们不记得过去发生了什么，也不记得什么时候发生。一旦有人抱怨记性不好，或者是找不到回家的路，你对这些大脑扫描，你发现这类人的内嗅皮层比正常人缩小，这个也可以算作是阿尔茨海默症的简单的诊断的办法。

    另外一点我们需要注意的就是随着我们现在医学的发展，人的寿命越来越长。人的寿命越来越长，那么发生阿尔茨海默症的可能性也在增加，阿尔茨海默症是非常糟糕的一种病，得病的人非常惨，对于他的家庭和朋友来说都是非常困难的。所以我们希望能够通过基础科学的研究，来思考一下判断一下哪些细胞在死亡，为什么这些细胞死亡。如果我们能理解为什么这些细胞死亡，为什么在内嗅皮层中这些细胞死亡，我们可能未来开发一种办法来阻止阿尔茨海默症，我们一起祈祷，希望未来找出为什么这些细胞死亡，可以使用一些病毒防止细胞的死亡。

    非常感谢各位的倾听。