2014诺贝尔生理学或医学奖88y 28页

2014诺贝尔生理学或医学奖发现大脑中组成定位系统的细胞fortheirdiscoveriesofcellsthatconstituteapositioningsysteminthebrain 目录1.获奖人物2.获奖背景3.相关论文及研究方法4.主要贡献5.对诺奖的思考—对研究生的启发 获奖人物神经科学家，1939年出生于纽约，具有美国和英国国籍，在纽约长大，1987年，他留校（伦敦大学学院）担任认知神经科学教授。目前，是伦敦大学学院神经回路与行为中心主任，解剖学系和认知神经科学研究所的教授。他通过系统地分析影响个体的海马神经元的放电性能的环境因素发现的位置细胞，出版了很多有影响力的关于认知地图的空间记忆功能的专著。约翰·O·基夫教授（JohnO"Keefe） 获奖人物1963年出生于挪威，现为挪威心理学家、神经科学家，挪威科技大学卡夫利科系统神经科学研究所和记忆生物学中心创始主任。梅·布莱特·莫索尔教授（May-BrittMoser） 获奖人物1962年出生于挪威，现为挪威心理学家、神经科学家，挪威科技大学卡夫利科系统神经科学研究所和记忆生物学中心创始主任。2013年获霍维茨奖。爱德华·I·莫索尔教授（Edvard I. Moser） 获奖背景年份获奖原因2004发现嗅觉受体和嗅觉系统的组织方式2005发现幽门螺杆菌及其在胃炎和胃溃疡中所起的作用2006发现了RNA干扰——双链RNA引发的沉默现象2007在利用胚胎干细胞引入特异性基因修饰的原理上的发现2008发现了导致子宫颈癌的人乳头状瘤病毒&发现人类免疫缺病毒2009发现端粒和端粒酶如何保护染色体2010因为在试管婴儿方面的研究获奖2011发现树突细胞和其在获得性免疫中的作用2012发现成熟细胞可被重写成多功能细胞2013细胞囊泡交通的运行与调节机制 脑科学研究背景就脑科学领域的研究热点来看，脑细胞空间定位功能的研究也是众多脑功能研究的一个方向。目前，脑科学领域研究中，最受关注的是各种脑功能相关的神经环路的结构和工作原理：1.有哪些神经细胞组成怎样的环路结构；2.在进行各种脑功能时回路中的各个神经细胞是如何处理电活动信息的编码、储存和提取。 Methodsandpapers1.ResearchMethodselectrophysiologicaltechniquesandsoon.2.Relatedpapers(1)Hippocampusasaspatialmap–preliminaryevidencefromunitactivityinfreely-movingrat(2)Microstructureofspatialmapintheentorhinalcortex JohnO‘Keefe教授的方法1970年，他们把电极记录器安置在大鼠的大脑海马区，然后让大鼠在一个它陌生的房间自由走动。这时，大鼠脑中的位置细胞会根据它所在的位置而选择性地兴奋。只有当大鼠活动到房间的特定位置，特定的位置细胞才会兴奋。这就好像给予了每个坐标一个记忆，这样大脑才能记住我们曾经到过哪些地方。 May-BrittMoser教授和Edvard I. Moser教授的方法2005年，挪威科技大学Hafting和May-BrittMoserEdvard I. Moser等人通过变换实验箱的几何外形和内径，记录大鼠在不同实验箱觅食过程中内嗅皮层的神经元放电活动，发现了具有强烈空间放电特性的网格细胞在有关嗅皮层参与空间记忆的早期实验探索中，研究者们发现嗅皮层存在空间放电特征的神经元，但比较之位置细胞，嗅皮层神经元的放电比较微弱且放电也分散。 论文节选Thehippocampusasaspatialmap.Preliminaryevidencefromunitactivityinthefreely-movingrat.—JohnO"Keefe——BRAINRESEARCH Thehippocampusasaspatialmap.Preliminaryevidencefromunitactivityinthefreely-movingrat.Ratswithhippocampaldamagearereportedtobehyperactiveinnovelenvironments,"perseverative"andresistanttoextinctionontasksthattheyhavelearned,heedlessofdrasticchangesintheirenvironment,andpooratspatialtaskssuchasmazesandtaskswhichrequirethealterationofresponsesonsuccessivetrials.Thesedeficitscouldbeduetothelossoftheneuralsystemwhichprovidestheanimalwithacognitive,orspatial,mapofitsenvironment.Ourpreliminaryobservationsonthebehaviourofhippocampalunitsinthefreelymovingratprovidesupportforthistheoryofhippocampalfunction.(firstparagraph) Thehippocampusasaspatialmap.Preliminaryevidencefromunitactivityinthefreely-movingrat.Deprivedofthismap,theratwouldnotimmediatelynoticeenvironmentalchanges,betheyincidentalonessuchasfloortextureormoreimportantonessuchasreinforcementcontingencies.Furthermore,itcouldnotlearntogofromwhereithappenedtobeintheenvironmenttoaparticularplaceindependentlyofanyparticularroute(asinTolman"sexperiments)butwouldbeforcedtorelyonotherinherentlylessflexiblestrategiestofinditsway:turnleftatthejunction,followthisodour,avoidthatbrightlight.Wesuggest,then,thatitisthelossofthisspatialreferencemapwhichresultsinallormostofthebehaviouraldeficitsreportedforhippocampectomizedrats.(lastparagraph) 论文节选Microstructureofaspatialmapintheentorhinalcortex—May-BrittMoser&EdvardMoser—nature MicrostructureofaspatialmapintheentorhinalcortexTheabilitytofindone’swaydependsonneuralalgorithmsthatintegrateinformationaboutplace,distanceanddirection,buttheimplementationoftheseoperationsincorticalmicrocircuitsispoorlyunderstood.Hereweshowthatthedorsocaudalmedialentorhinalcortex(dMEC)containsadirectionallyoriented,topographicallyorganizedneuralmapofthespatialenvironment.Itskeyunitisthe‘gridcell’,whichisactivatedwhenevertheanimal’spositioncoincideswithanyvertexofaregulargridofequilateraltrianglesspanningthesurfaceoftheenvironment.------ Microstructureofaspatialmapintheentorhinalcortex----Gridsofneighbouringcellsshareacommonorientationandspacing,buttheirvertexlocations(theirphases)differ.ThespacingandsizeofindividualfieldsincreasefromdorsaltoventraldMEC.Themapisanchoredtoexternallandmarks,butpersistsintheirabsence,suggestingthatgridcellsmaybepartofageneralized,path-integration-basedmapofthespatialenvironment.（Abstract） 论文图片节选Fig.1illustratestheclearestexampleoftheseunits,onerecordedintheCA1fieldoftheanteriordorsalhippocampus.IthadnospontaneousactivityandonlyfiredwhentheratwaspointinginthedirectionsmarkedAorBandwassimultaneouslylightlybutfirmlyrestrainedbyahandplacedoveritsbackwiththumbandindexfingeronitsshoulderandupperarm.Boththeparticularorientationandtactilestimuluswerenecessary. 主要贡献获奖的三位科学家研究的是大脑中的“内置GPS”——定位系统，它使人们可以在空间中进行自我定位，也为更高级的认知功能提供了细胞意义上的基础。三人的研究解答了“我们如何得知我们在哪里”、“我们怎样找到路径从一个地点到达另一个地点”以及“我们如何储存这些信息，从而下次需要寻找相同路径时可以立刻获得它们”等问题。 PrizeAnnouncementTheydiscoveredhowthebrainknowswhereweareandisabletonavigatefromoneplacetoanother.TheirfindingsmayhelpexplainwhyinAlzheimer"sdiseasepatientscannotrecognizetheirsurroundings.Thediscoverieshavesolvedaproblemthathasoccupiedphilosophersandscientistsforcenturies.——theNobelAssemblysaid PlaceandGridCellSystem--点定位（1971年）奥基夫研究发现,老鼠在房间的某个特定位置时,其大脑海马体的一些神经细胞总是处于激活状态,而老鼠移动到房间其他位置时,其他神经细胞则被激活。奥基夫总结出,这些“位置细胞”在大脑中形成了关于房间的“地图”。 PlaceandGridCellSystem--面定位（2005年）莫泽夫妇发现了大脑定位系统的另一关键构成—“网格细胞”。这种细胞能形成坐标系,可以精确定位和寻找路径。他们随后的研究还展示出,这些“网格细胞”是如何确定位置并导航的。“位置细胞”和“网格细胞”有机形成了大脑的定位系统。 PlaceandGridCellSystem--立体定位 对诺奖的思考——中国与国外的差距1895年，诺贝尔设立第三份遗嘱时，中国还没有“科学”这个词，还没有一所大学；（北大，1898年）中国的本土文化没有产生近代科学技术，对现代科学技术缺乏支持的内力；基础研究水平不高，是中国大学和研究机构的最薄弱环节；高教体制和制度陈旧；科研投入不足；缺乏世界一流权威科学家。 对诺奖的思考——中国与国外的差距近年来，中国的神经科学取得较大发展。在神经系统的可塑性、感觉的等研究方面，达到了国际先进水平，整体上，我国脑科学研究在高水平、有竞争力的实验室数量，科学成果总量和影响力等方面，与先进国家相比都有很大差距。目前也没有脑科学领域里主要的、推动前沿发展的团队。 诺奖给我们的思考——回顾科研历程JohnO´Keefe曾着迷于研究大脑如何控制行为的问题。20世纪60年代后期，他决定用神经生理学方法来解决这个问题。尝试通过仪器捕捉在某个房间里自由移动的大鼠其大脑海马体中的个别神经细胞发出的信号，注意到当大鼠处在某一特殊位置时，有一种神经细胞会变得活跃。他通过实验发现这种“位置细胞”并不只是从视觉上记住，而且会构造出一幅所处环境的内在地图。但是同时，他们也意识到，除了位置细胞以外，大脑必然还存在着其他作用的“导航细胞” 诺奖给我们的思考——回顾科研历程May-Britt和EdvardMoser在绘制大鼠脑海马区的连接时，在邻近的内嗅皮层区域发现了惊人的活动模式。在这个区域，当大鼠穿过六边形网格里的多个地点时，特定的细胞被激活。每个这样的细胞被特定的空间模式激活，这样的“网格细胞”构成了一个协调系统，促发空间运动。加上内嗅皮层区域其他能够识别头部方向和房间边界的细胞一起，它们在海马区形成了回路。这一回路在大脑中构成了一个广泛的定位系统，一个内部的GPS。 Thanksforyourattention！