人脑对道路的识记和什么有关？ OWWTRL 哈，不知道题主是否关心过诺贝尔科学奖，最近的一次诺贝尔生理学或医学奖被授予了 John O'Keefe 以及 May-Britt Moser 和 Edvard I. Moser 夫妇，为了表彰他们对大脑中构成定位系统的细胞的发现。 方位感以及如何进行导航是大脑最基本的一些能力。我们如何知道自己在哪里，以及如何从一个地方到另一个地方，这些信息如何保存以至于下一次能立刻认出同样的路径，14 年的诺贝尔生理学或医学奖获得者们发现了大脑内部的 GPS 定位系统，使我们可以在空间辨认不同的方向，从细胞层面解释认知功能。 哲学家和科学家们很早就开始提出这个问题，18 世纪德国哲学家康德提出大脑存在一些和经验无关的能力，他认为方位感是人类固有的一种组织外部世界的能力。 美国实验心理学家 Edward Tolman 在 1948 年提出了大脑中存在一个代表地点的”地图“概念，他提出动物可以感受到不同地点和事件的关系，对周围环境的探索逐渐会形成一个可以用于导航和寻找最优路径的认知地图。但是他没有强调这些功能在大脑哪个区域实现以及大脑是如何计算这种复杂行为。 如下图，大鼠在一个有边界的区域内自由运动。1971 年，John O'Keefe 通过记录大鼠大脑内一块叫海马的 CA1 区神经元发现了定位系统中的第一个组成部分。这些细胞的放电模式出人意料，他发现每当经过房间里的同一个地方时，海马内部的一种神经细胞都会被激活，其他的神经细胞在其他地方时也会被激活。也就是说这些“位置细胞”构成了这个房间的地图。他通过实验发现不同位置细胞通过在不同时间不同环境进行组合激活，海马可以同时记住多个地图。而一个特定组合的位置细胞激活代表了一个特定的环境。 2005 年，Moser 夫妇发现了大脑定位系统的另一个关键部分，他们发现了被称为“网格细胞”的神经细胞，它们在多个地点放电，多个节点可以产生一个坐标系，进行精确的定位以及路径寻找，接下来他们又发现网格细胞一起的还有“指向细胞” (head direction cells) 和”边界细胞“ (border cells)，指向细胞有点类似于指南针，只有在动物的头朝特定方向才被激活（方向感差的可能这个细胞不太灵啊哈），而当动物在封闭环境中遇到墙壁时边界细胞会被激活。 网格细胞和位置细胞以及其他空间相关细胞是互相影响的。这个大脑内的 GPS 系统存在于很多不如动物，包括人类。O'Keefe 以及 Moser 夫妇的发现解决了几个世纪以来哲学家和科学家们困惑的难题：大脑是如何对我们周围的空间产生一个地图以及在复杂环境中进行导航的。 以上 经评论提醒，这里有一篇专栏详细介绍了 14 年诺贝尔生理学奖或医学奖的工作：2014 年诺贝尔医学奖：大脑的 GPS 系统 - 神经科学 - 知乎专栏，enjoy ;-) Related publications: [1] O'Keefe, J., & Dostrovsky, J. (1971). The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain research, 34(1), 171-175. [2] O'Keefe, J. (1976). Place units in the hippocampus of the freely moving rat. Experimental neurology, 51(1), 78-109. [3] Fyhn, M., Molden, S., Witter, M. P., Moser, E. I., & Moser, M. B. (2004). Spatial representation in the entorhinal cortex. Science, 305(5688), 1258-1264. [4] Hafting, T., Fyhn, M., Molden, S., Moser, M. B., & Moser, E. I. (2005). Microstructure of a spatial map in the entorhinal cortex. Nature, 436(7052), 801-806. [5] Sargolini, F., Fyhn, M., Hafting, T., McNaughton, B. L., Witter, M. P., Moser, M. B., & Moser, E. I. (2006). Conjunctive representation of position, direction, and velocity in entorhinal cortex. Science, 312(5774), 758-762. 查看知乎原文
