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暨大脑GPS定位系统研究进展汇总诺贝尔生理学及医学奖*********第1页诺贝尔生理学取得者研究介绍/10/10科学家JohnO'Keefe、May-BrittMoser、EdvardI.Mosel研究结果处理了科学家长久以来一大问题，即机体大脑怎样绘制周围环境图谱以及我们怎样在复杂环境中进行导航。研究者May-BrittMoser和EdvardMoser教授时在大脑内嗅皮层中发觉了特殊神经细胞-网格细胞，当大鼠经过特定位置时这些细胞就会被激活表示，同时网格细胞位置就会形成一个六角网格，每个网格细胞都会在特定空间位置上产生反应，最终这些网格细胞就会形成一个能够实现空间导航坐标系统。网格细胞能够和内嗅皮层中其它细胞识别动物头部方向以及房间边界，从而在大脑海马体中形成空间细胞网络系统，这些细胞网络回路就会形成一个复杂深入定位系统，即大脑内置GPS，人类大脑中GPS系统和大鼠大脑中GPS系统含有相同组分。第2页JohnO′Keefe和空间位置JohnO′Keefe曾着迷于研究大脑怎样控制行为问题。在上个世纪60年代后期，他决定用神经生理学方法来处理这个问题。他尝试经过仪器捕捉在某个房间里自由移动大鼠其大脑海马体中个别神经细胞发出信号，他注意到当大鼠处于某一特殊位置时，有一个神经细胞会变得活跃。他经过试验发觉这种“位置细胞”并不只是从视觉上记住，而且会结构出一幅所处环境内在地图。O′Keefe得出结论认为：在处于不一样环境中被激活这些位置细胞共同作用下，海马体能够结构出很多地图。所以，大脑对环境记忆经过位置细胞活动特定组合方式储存在海马体中。如很多诺贝尔奖得主一样，奥基夫在1970年代提出相关“位置细胞”理论时，遭到学界不少人冷嘲热讽，但现在终于取得必定。奥基夫在伦敦向记者表示，对获奖感到诧异和难以置信，又形容自己年少时兴趣多变，中课时钻研古典学，到大学却入读航空学科，之后又改修哲学和心理学。牛津大学生理学声誉退休教授斯坦为奥基夫获奖感到高兴，认为是实至名归。“记得约翰最初描绘‘位置细胞’时，遭到多么冷漠嘲笑。当初学界经典反应是‘注定是人为现象’和‘他显然低估老鼠嗅觉’。现在人们都认为他发觉已像常识般，是显著不过事。”第3页May-Britt和EdvardMoser在绘制大鼠脑海马区连接时，在邻近内嗅皮层区域发觉了惊人活动模式。在这个区域，当大鼠穿过六边形网格里多个地点时，特定细胞被激活（图2）。每个这么细胞被特定空间模式激活，这么“网格细胞”组成了一个协调系统，促发空间运动。加上内嗅皮层区域其它能够识别头部方向和房间边界细胞一起，它们在海马区形成了回路。这一回路在大脑中组成了一个广泛定位系统，一个内部GPS。

May-Britt和EdvardMoser发觉了协调机制第4页【1】Neuron：大脑靠视觉和身体两幅“地图”定位/10/10据物理学家组织网12月5日报道，美国加利福尼亚大学圣芭芭拉分校（UCSB）研究人员利用核磁共振成像（MRI）技术研究了18个人大脑，绘制了400个不一样手臂动作抵达目标时MRI图像。他们发觉，大脑在计划动作时，有两种显著不一样定位类型：视觉地图和身体地图。研究发表在《神经》杂志上。比如芭蕾舞演员在双人舞中抓住同伴手或在黑夜里抚摩受伤小腿时，要想让手臂抵达正确位置，其大脑要使用不一样“地图”来定位。最新研究表明，抓住对方手，要依靠空间视觉地图，而抚摩小腿，则依靠头脑中身体地图。之前观点认为，全部定位运动，包含导向视觉目标或导向本身，都是用视觉地图来计划。论文第一作者皮埃尔-迈克尔·波尼说：“我们发觉，假如目标是视觉，后顶叶皮层就会被激活，用视觉地图来编码运动；而在黑暗中完成一个动作，目标是非视觉，就会由一样大脑区域使用完全不一样身体地图来计划这一动作。”第5页【2】Nature：发觉大脑“GPS”系统工作原理/10/10就好比全球定位系统（GPS）能够帮助我们定位我们深处何处一样，大脑也存在一个内在系统来帮助确定我们机体所处位置及周围环境，近日，一项登载在杂志Nature上研究汇报中，来自普林斯顿大学研究者揭示，一个名为网格细胞位置追踪神经元能够经过集体协作来对机体进行定位。网格细胞是一个含有电活性神经元，其就好比是一个动物在大自然中随意旅行一样，其在代中期被发觉，当机体移动到特殊位置时，每一个细胞就会被激发。更让人以为神奇是，这些网格细胞位置都是以一个六角形模式被安排，就类似于跳棋盘一样。研究者DavidTank说，网格细胞能够形成某种空间表征，我们研究主要关注于形成这种六角形模式神经系统工作分子机制。以前研究中，研究者让小鼠从电脑模拟产生一个虚拟环境中穿过，隋鸥测定小鼠大脑单个网格细胞内部电信号。当小鼠看到虚拟系统中视频游戏时，其就会移动到有小鼠尺寸大小踏板上。第6页【3】Science：鸽子脑中含有GPS定位功效神经元磁场编码/10/10鸽子能够从几百公里之外，甚至在一、二千公里远地方，仍能飞回家去，其奥秘何在呢？它答案是鸽子脑部神经元为地球磁场编码，让鸽子拥有可靠内置GPS，鸽子脑部这个定位系统，让它们能够感知地球磁场改变，并在长途距离中区分方向。科学家早就知道，许多动物（从鸟类到狐狸甚至可能包含人类）身上存在着磁场接收器。在以前长久研究中，教授们一直对鸽子认路本事争论不休，一方认为鸽子是靠其体内磁性物质来识别方向，就像人使用微型指南针一样；另一方则认为，鸽子将空气中不一样气味作为指示牌来识别回家路线，当然，视觉信号作用也不能排除；还有一个理论认为，鸽子是靠太阳位置来识别方向。这些以前研究基本上确定了磁场接收器存在于鸟类喙部和脊椎动物其它部位事实。第7页【4】深度解读：诺贝尔生理学或医学奖/10/10飞鸽传书，老马识途。当还处于原始时代时候，人类就已经意识到，很多动物都含有出类拔萃导向能力，纵使万水千山，不论阴晴雨雪，这些神奇动物总能知道路在何方。人类当中也不乏这么认路高手，他们脑海中似乎嵌入了一张高分辨率地图，怎样都不会迷失方向。作为一个出门不带GPS简直不能活路痴，我总是非常羡慕这么人和动物，难不成他们大脑当中还内置了一个活体GPS？刚才揭晓诺贝尔生理学或医学奖，恰恰向我们解答了这个问题。怎样才能不迷路呢？首先，我们必须知道自己要去是个怎样地方。譬如说，我要去北京故宫，我首先得知道那是一个有着红色宫墙和金色琉璃瓦巨大宫殿。抽象一些说，我们要经过一系列特征来确定某一个位置。在我们大脑中，正存在着这么一个专门负责记住位置特征神经元。本届诺贝尔生理及医学奖其中一位得主，伦敦大学学院（UniversityCollegeLondon）约翰？奥基夫（JohnO’Keefe），早在1971年就和同事在大鼠大脑中一个叫做海马（hippocampus）脑区里就发觉了这么一个神经元，他们将其命名为“位置细胞”（placecell）第8页【5】科学家首次发觉人类认路细胞系网格细胞网络/10/10我们都有迷路经验。幸运是，动物大脑中帮助认路特殊细胞如今首次在人类身上得以发觉。这个发觉或许可让认路有困难人得到更加好治疗。我们知道，动物使用3种类型细胞来认路。动物面临一个特定方向时，方向细胞会得到激发。动物处于一个特定地点时，它位置细胞会激发。而伴随它四处活动，网格细胞会定时激发。科学家已经在人类身上发觉了方向和位置细胞，不过网格细胞存在迹象只是在一些大脑扫描过程中才显露出来。为了探寻人类大脑中是否确实存在这些细胞，美国德雷克塞尔大学约书亚·雅各布斯和同事对14名志愿者进行了测试。这些志愿者都为治疗癫痫而在大脑中植入了电极。研究人员让志愿者玩一个电脑游戏，从而统计他们大脑中一系列单细胞活动情况。在该电脑游戏中，志愿者驾车行驶在开阔空间中，他们要搜寻一些物体，并记住他们找到物体地点。然后，他们必须尽快再次确定这些物体位置，不过这次，除非志愿者抵达正确目标地，不然他们就无法看到这些物体。第9页【6】NatNeurosci：人脑中也存在网格细胞/10/10据《自然—神经科学》上一项研究称，在探寻虚拟环境时，人脑会展现网格状活动。这表明，我们身体内导航系统即便在身体未发生物理空间意义上移动时仍是活跃。先前研究认为，动物对空间感知源于被称为空间细胞和网格细胞两类神经细胞作用，当动物进入到环境中特定区域时，空间细胞便会活跃起来，而网格细胞负责展示这种细胞活动空间模式，类似于地图上网格。即使空间细胞已被发觉存在于人脑中，但网格细胞之前只在啮齿动物、蝙蝠和猴子中被发觉。JoshuaJacobs等人汇报了人脑中网格状活动，为网格细胞存在提供最直接证据，这也表明人类导航协作系统同其它哺乳动物类似。研究人员将电极经过颅内移植入正在接收治疗抗药性癫痫患者脑中，并统计下神经细胞活动情况。他们让患者用操纵杆找到电脑虚拟环境中物体，然后经过统计找寻患者大脑内网格状结构。第10页【7】Nature：神经细胞以三角形网格方式记忆/10/10通常地图都使用互成直角经线和纬线来帮助定位，而英国一项最新研究显示，人类大脑中“导航系统”使用却是由正三角形组成网格。英国伦敦大学学院研究人员在《自然》杂志上汇报说，他们首次确认人类大脑中存在这种利用正三角形网格来帮助定位“网格细胞”。过去曾有研究发觉试验鼠大脑中存在这种细胞。研究人员所以设计了一套虚拟现实系统，请受试者戴上专用设备，“游览”虚拟山谷草地等景色，同时利用功效磁共振成像技术测量受试者大脑对应区域活动情况。结果发觉，人类大脑中对应细胞活动一样展现出显著正三角形网格模式，而且受试者空间记忆能力越强，这种模式就越显著。参加研究卡斯韦尔·巴里说，这些网格细胞为大脑提供了空间认知地图，它们使用了与通常地图中经线和纬线非常相同方式，所不一样是采取了三角形网格而不是方形网格。网格细胞是大脑中最轻易遭受早老性痴呆症等疾病影响细胞之一，这也能够帮助解释为何这些疾病常见症状就是记不住路。第11页【8】大脑重编程后真能够高效工作/10/10来自西澳大学研究人员经过研究揭示，电磁刺激或可改变大脑组织结构，使得大脑愈加有效地“工作”，相关研究结果登载于国际杂志theJournalofNeuroscience上。研究者表示，对小鼠进行较弱连续电磁脉冲，即重复经颅磁刺激(RepetitiveTranscranialMagneticStimulation，rTMS)能够将小鼠大脑中异常神经连接替换为正常连接，使其大脑能够愈加高效运行，这项研究对于治疗一系列神经系统障碍比如抑郁症、癫痫症和耳鸣等。为了愈加好地揭示电磁刺激对大脑作用机制，研究人员对出生后大脑结构异常小鼠进行了低强度rTMS刺激检测，研究人员KalinaMakowiecki表示，甚至在低强度下，脉冲电磁刺激也能够降低大脑异常神经连接，而且将其替换成大脑中正常定位连接。第12页【9】思索大脑中第一批

神经元细胞被成功判别出

/10/10美国耶鲁医学院和牛津大学研究人员们最近成功判别出大脑皮层中最初形成第一批神经元细胞。正是有了大脑皮层活动，人活动才富有些人性化。研究论文发表于最近一期《自然神经科学》期刊杂志上。研究结果表明，大脑中第一批神经元细胞，研究人员们把它们叫做“老前辈”，在授精完成31日后就已经形成了。这一过程比以前研究预想都要早得多，形成这一神经元后相当长时间后，胚胎才开始发育，长出手、腿或眼睛等组织。研究人员们在他们论文中写到，“这些神经元细胞概念在这里是首次提出来，它们形成要比其它可知促进大脑皮层发育细胞都要早。这些早熟‘老前辈们’在大脑皮层发育成型进程中一直起着举足轻重作用。”众所周知，大脑皮层主要责任人认知性行为，在感知、记忆、思索、语言、精神能力、智商和意识方面都起着至关主要作用。它由200亿个神经元细胞组成，占整个大脑重量40%之多。第13页【10】JCB：发觉可加速癌症及神经性障碍疾病治疗细胞导航系统/10/10登载在国际杂志JournalofCellBiology上一篇研究论文中，来自杜克大学研究人员经过研究发觉，细胞表面一个“巡回检测系统”或许会为开发治疗很多疾病，比如癌症、帕金森疾病、肌萎缩侧索硬化(ALS)新型疗法带来帮助。文章中，研究人员以线虫作为模式动物进行研究，线虫细胞能够突破正常组织边界进入到其它组织和器官中，这种反应对于其进行许多正常发育过程十分主要，对于其胚胎发育、伤口愈合乃至新血管形成都很关键；不过有时候该过程也会犯错，比如癌转移，即癌细胞能够扩散到全身其它组织中去。DavidSherwood教授说道，细胞侵袭是癌症研究临床中研究最为相关，但却知之甚少一个过程，我们