大脑导航系统发现获2014年诺贝尔医学奖

<正>因发现"组成生物体内大脑导航细胞"的三位科学家分享了2014年度的诺贝尔医学奖,他们分别来自美国的约翰·奥基夫(John OKeefe)和挪威的梅-布莱特·莫瑟尔(May Britt Moser)、爱德华·莫瑟尔(Edvand Moser)夫妇,他们的发现解决了一个困扰科学家和哲学家几个世纪之久的难题——大脑、记忆与位置环境之间的关系——即大脑是如何对我们生活环境产生一个地图并为我     

神经元能够标记时间吗?

人类对大脑结构的研究把时间上升成为一个更为广泛的问题:到底什么是时间?2007年6月,马来西亚人年轻人(19岁)阿尔伯特·曹(Albert Tsao)在挪威特隆赫姆的卡夫利系统神经科学研究开始了他的工作。曹当时2是梅﹣布里特·莫泽(May-Britt Moser)和爱德华·莫泽(Edvard Moser)实验室的一位暑期实习生,这对夫妻搭档是当时神经生物学领域声名显赫的科学家,他们发现了神经系统中的"网格细胞"(这是一类特殊的神经元,可以通过追踪我们的位置在人类大脑中生成导航地图)。网格细胞位于大脑内侧的内嗅皮层区。曹对于相邻但未     

挪威的“大脑”——记2014年诺贝尔医学奖获奖夫妇的大脑探寻之路

<正>今年的诺贝尔医学奖获得者布莱特·莫瑟尔(May Britt Moser)、爱德华·莫瑟尔(Edvand Moser)夫妇已经合作了30年,结婚也已28年了,至今他们对大脑的探索依然充满着激情,早餐、实验室晨会、工作时都反复在谈论大脑这一话题,以至于最近在特隆赫姆机场用餐时,谈论的话题仍然是大脑。如果有人知道我们是如何导航回家的,那就非莫瑟尔夫妇所属。2005年,他们因在小鼠大脑深处     

2014年诺贝尔生理学或医学奖:方位感知——哲学问题还是科学问题?

<正>2014年诺贝尔生理学或医学奖于10月6日下午5点30分揭晓,今年的得主为英国科学家John O’Keefe,挪威科学家May-Britt Moser和Edvard I.Moser夫妇,获奖缘于其发现了"构成大脑定位系统的细胞".长期以来,大众和科学家对大脑奥秘的探讨从未停止过.200多年前,德国哲学家康德(Immanuel Kant)提出,空间概念是思想的一种内建原理,我们就是通过这种原理来感知世界的.20世纪中期行为生理学的出现逐渐改变了这     

大脑的内置GPS:2014年诺贝尔生理学或医学奖解析

<正>2014年度的诺贝尔生理学或医学奖授予英国伦敦大学学院(University College London,UCL)的John O’Keefe和挪威科技大学(Norwegian University of Science and Technology)的May-Britt Moser和Edvard Moser夫妇,以表彰他们在发现构建大脑空间定位系统的重要细胞方面所做出的杰出贡献.我们如何记得自己曾经去过哪里?我们又如何知道现在自己身在何方?我们又怎样将去过的、所有地方的路径进行存储和加工,以便需要时能迅速提取并计算出最优化的路线?所有这些与空间导航系统相关的问题与我们的生     

脑胶质细胞:另一种大脑作图方式

<正>在推进人脑研究的进程中,美国神经学家R·道格拉斯·菲尔兹(R.Douglas Fieids)认为:作为大脑组成部分的非神经元细胞——脑胶质细胞——一定不能被雄心勃勃的人脑研究计划拒之门外。自从奥巴马总统宣布"使用先进神经技术的人脑研究计划(BRAIN)"以来,即寻求对实验动物整     

身在何处——2014年诺贝尔生理学或医学奖介绍

首先简要介绍2014年诺贝尔生理学或医学奖三位获奖者(John M. O’Keefe,Edvard I. Moser 和 May-Britt Moser)的学术生涯。然后详细介绍他们获奖的主要成就：O’keefe教授在20世纪70年代发现鼠海马上神经细胞对动物所处的位置敏感,因此命名为位置细胞;而后Moser夫妇在鼠脑的内嗅皮质中发现栅格细胞,它的感受野呈现有规律的三角形网格覆盖整个环境,从而认为这些细胞组织成动物导航系统的神经机制具有可能性。最后指出,由于脑科学研究的复杂性,这些研究工作仅是动物导航行为探究中的重大突破,离开彻底解决这个问题尚有距离。     

神经胶质细胞“一代宗师”

<正>巴瑞斯的研究发现,神经胶质细胞对于大脑突触可塑性和预防神经退行性失调症有至关重要的作用,这一发现让神经胶质细胞从配角摇身成为舞台明星。在过去25年里,本·巴瑞斯(Ben Barres)关于神经胶质细胞的研究成果从根本上改观了人们对于神经胶质细胞的印象。通过巴瑞斯的研究,这些在过去被认为只具有支持和结构功能的非常丰富的非神经元细胞(胶质细胞英文glia在希腊语中意为"胶水")     

神经科学家利用蝙蝠寻求解开大脑三维空间导航的秘密

揭开人和动物大脑方位感知与空间导航的秘密,一直是一个令人着迷的问题.科学家通过对大鼠和蝙蝠等动物近50年的研究,使我们对大脑二维(2 dimension, 2D)导航的神经基础有了较清楚的认识.研究发现,在海马和内嗅皮质等脑区有专门的导航细胞,包括位置细胞、网格细胞、边界细胞、头朝向细胞等.这些细胞及它们的"细胞域"可为2D空间导航提供"空间认知地图"或"心灵环境地图"和"指南针".然而,人和大量动物都生活在三维(3 dimension, 3D)空间中,大脑如何完成3D空间环境下的定位和导航?近年来,通过对爬行和飞行状态蝙蝠的研究,发现参与2D导航的那些细胞在3D空间下反应特性和模式均发生明显变化;蝙蝠属于社会性和群居性动物,研究还发现在其海马内存在社交位置细胞和目标方向角调谐细胞,分别负责获取环境中其他蝙蝠位置的踪迹信息以及目标的方向信息.由此可见,脑内这些空间定位细胞构成了导航的神经基础,并经过复杂的功能整合,构成了一个位于脑内的"微型全球定位系统",且在细胞水平上阐释了这种高级认知功能的原理.本文简要介绍了Nachum Ulanovsky等人近些年对蝙蝠大脑3D导航的研究.     

欧美人脑研究计划的互补性

<正>动物模型系统和数字化系统的研究,勾勒出大脑研究领域国际化和跨学科的研究图景。在探索认知人类大脑的研究中,欧美的两大研究计划使我们看到了突破所在:美国的重点在于研究新的实验工具,而欧洲则专注于模型建立和计算模拟。工具的革命美国卡夫里基金会科学项目执行副主席米·丘恩(Miyoung Chun)说:"我们对于大脑如何工作的机     

ATP——味觉的神经递质

当你品尝假日宴会上的各种美味佳肴时,你可能不得不感谢三磷酸腺苷(ATP)这种化学物质。新的研究显示,ATP这种传统上与细胞能量处理相关的物质在把食物的味道传递给大脑的信息过程中起到了关键的作用。当食物与舌头上的味蕾接触时,味蕾上的细胞能释放化学信使物质来刺激邻近的神经纤维,随后,这些神经纤维再将信息传入大脑,从而使大脑能区分食物到底是酸、甜、苦,还是咸。味觉研究者曾致力于鉴定味觉的神经递质(将信息从味蕾传递给神经纤维的信使物质),并提出了多种候选物质,包括去甲肾上腺素和5-羟色胺(血清素)等,但这些候选者大都已经被…     

AI侦探:探索“黑匣子”秘密

<正>随着神经网络在科学领域内的强力推进,研究人员开始回过头来探索其"黑匣子"内的秘密。詹森·尤辛斯基(Jason Yosinski)坐在美国加州旧金山优步(Uber)总部的一个小型玻璃办公室里,思索着一个问题:人工智能的大脑。作为优步公司的一名研究科学家,尤辛斯基正在为在他笔记本电脑上运行的人工智能做"脑外科手术"。许多人工智能     

到机器内部做一次“神奇之旅”

在1966年由拉奎尔·韦尔奇(R·Welch)和唐纳德·普莱森斯(D·Pleasence)主演的科幻电影《神奇之旅》中,一支医疗团队和他们的潜艇被缩小为如同人的细胞般大小,并被注射到科学家的体内以清除其大脑中的血块。影片获得了很大的成功,潜艇在人体内部航行的壮观场面以及部分镜头——如向血液中的白细胞所发起的攻击——令人非常难忘。一次在法国原子能委员会(CEA)下属的磁聚变研究所(IRFM)内,由本岛主任率领的一群来自于国际热核聚变试验反应堆(ITER)的访客,受邀作了一次     

寻找记忆痕迹

<正>什么是记忆?1904年,德国生物学家理查德·西蒙提出了一簇簇离散的大脑细胞结合在一起形成记忆痕迹的理论,他将这种假想中的物理电路印迹称为"记忆印迹"或"记忆痕迹"。"记忆痕迹"在科学教(Scientology)和科幻小说中是一个有着强大生命力的题材。为证明记忆痕迹在大脑中的真实存在,科研人员就要用光激活的"镊子"将精细的记忆痕迹"电路"挑拣出     

神经科学引入AI得到的启示

<正>深度思维(DeepMind)创始人丹米斯·哈撒比斯(Demis Hassabis)曾经指出,对于构建智能水平与人类相当的人工智能(AI)来说,人类大脑就是一个至高无上的灵感来源。持这种观点的不止他一个。深度学习的成功向人们展示了如何把来自神经科学的启迪(记忆、学习、决策、视觉)转换成各类算法,并以此把我们人类强大认知能力赋予人工智能的硅大脑。不过,人工智能又会对神经科学的发展有何启示呢?2019     

人脑中的“祖母细胞”

人怎么能从人群中认出熟人?大脑在这个过程中如何运作?美国科学家的最新研究显示,人类大脑中的单个细胞会对熟悉的图像作出反应,而这些细胞可能就是此前神经学家提出的"祖母细胞"。     

器官培养大突破

<正>生物学家正在建设"器官银行",并从中学习大量的人类发育相关知识。在十一月的一个普通日子里,玛德琳·兰卡斯特(Madeline Lancaster)发现她意外地培养出一个大脑组织。几个星期以来,她一直在试着把人类胚胎干细胞培养成神经细胞团,这种细胞团能发育为不同种类的神经细胞。但出于某些原因,她的细胞没在培养皿中贴壁生长,而是漂浮在培养基中,形成奇怪的、乳状的小球。"我其实不知道那究竟是什么。"兰卡斯特说,     

睡眠与学习

●睡眠最重要的功能之一是处理记忆,研究者现在开始探究大脑是如何在我们睡觉的时候帮助我们学习的。神经科学家简·波恩(Jan Born)悄悄地嫉妒他8个月大的女儿。"她想睡觉的时候就睡觉。"然后,他又说睡眠是一个至关重要的学习时间,他女儿也许     

新型仿生手或可助截肢者恢复触觉

正不久前,瑞士科学家称,在一只"革新性"仿生手的帮助下,一名已截肢近10年的丹麦男子重新获得了用手触摸物体的感觉。科学家称,仿生手上的手指传感器能将获得的信息传递到感觉神经,然后"真实"地传递给大脑。这位名叫丹尼斯·奧博·瑟伦森的男子因此成为世界上首位借助仿生手恢复知觉的截肢者。为了恢复丹尼斯的触觉,研究人员在丹尼斯的残     

人脑中的"祖母细胞"

人怎么能从人群中认出熟人?大脑在这个过程中如何运作?美国科学家的最新研究显示,人类大脑中的单个细胞会对熟悉的图象作出反应,而这些细胞可能就是此前神经学家提出的"祖母细胞".