你是如何知道回家的路怎麼走?
我們是如何擁有"方向感"的?
相信我們每個人天生就擁有一套GPS定位系統嗎?

這些過去人類百思不得其解的答案,在2014年的諾貝爾生理與醫學獎得主的研究中被解開!

今年,挪威的 John O’Keefe 與夫妻檔 May Britt Moser 和 Edvand Moser ,因為發現了大腦中"定位系統"的細胞而榮獲諾貝爾生理醫學獎。

John O'Keefe (neuroscientist) 2014.jpg
John O’Keefe
May-Britt Moser og Edvard Moser
Edvand Moser (左) 和May-Britt Moser (右)

人究竟如何知道自己正處在東西南北哪個位置?

這個問題在哲學界和科學界過去一直未找出答案。200多年前,德國哲學家Immanuel Kant (1724-1804) 認為人的某些能力是不用經驗學習也能先天就有的,而"定位"就是其中之一。在此之後,也有動物行為學家提出見解,他們認為動物對位置的認知並非完全天生的,得透過學習與記憶才能產生。然而一直沒人解開到底"定位能力"的根本機制為何。

祕密藏在大腦裡

30年前(1971),John O’Keefe發現在海馬迴(hippocampus)[注1]中,有一群"位置細胞(place cells)"。這些細胞當實驗的小鼠在一特定位置時,某群會成活化狀態;一到另一位置時,另一群會活化。透過這樣的方式,在小鼠腦中可以形成一個"地圖"。

place cell

30年後,2005年,Moser夫婦發現了定位系統的另一個關鍵─內嗅皮質(entorhinal cortex)[注2]的"網格細胞(grid cells)"

這群細胞運作的方式很特別,Moser 夫婦讓小鼠在一個蜂窩狀的六角網格盒子中移動,發現每經過一個相同位置(網格的節點)時,某群細胞就會被活化。(如下圖)

蜂窩圖
六角網格盒子示意圖

未命名

這種方式可以建立出整個環境的坐標,以提供位置細胞所建立的"地圖"測量距離及方向的方式。
網格細胞透過和位置細胞以及內嗅皮質的其他細胞(包括過去已發現的head direction cells和border cells等)合作,可以形成一個完整的"GPS"導航系統。

[注1]:
海馬迴 hippocampus
擔當著關於記憶以及空間定位的作用。名字來源於這個部位的彎曲形狀貌似海馬。

Gray739-emphasizing-hippocampus.png

是哺乳類動物的中樞神經系統中的腦的部分(大腦皮質)中被最為詳細研究過的一個部位。目前已知重要作用是將經歷的事件形成新的記憶

Hippocampus small.gif
立體圖形,紅色部位為海馬迴

[注2]:
內嗅皮層entorhinal cortex (EC)
內嗅皮層和海馬迴組成的系統,在"陳述性記憶“(指"能夠明確想起某個事件或事實的一種記憶",包含語意記憶、情節記憶)以及空間記憶中扮演重要的角色,包括幫助記憶的形成、記憶內存整理以及睡眠時記憶的優化

hippocampal EC
人類大腦中海馬迴與內嗅皮層位置

若有興趣進一步了解他們的研究,可以參考這篇2014諾貝爾生理醫學獎進階資訊

大腦真得很神奇吧!

現在大家手上都握有智慧型手機,但有人想過嗎?每個人都有的腦,就如同一台無價的智慧型手機,能夠記憶、能夠思考、甚至擁有GPS功能!好好使用的話更厲害的是,透過腦─說穿了就是一堆細胞,竟然可以用有各種複雜的認知及思想。

許多科學上未發現/證明的東西並不代表不存在,就像人的大腦天生有這樣的GPS功能,機制卻直到現在才被證明。

過去,科學家百思不得其解為什麼人可以擁有能"導航定位"的位置概念,現在秘密正逐漸被揭開。至今仍舊很神秘的腦,許多現在仍未解的謎題,包括信仰、愛、靈魂的存在等,也或許有被科學解開的一天吧!?

參考資料:

The Nobel Prize

延伸閱讀:

請不要只用眼睛去看

[首圖感謝JudyBear特別贊助:)]

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