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医学诺贝尔奖获得者发现速度神经细胞

2014年诺贝尔生理医学奖给了研究大脑导航系统研究的三位学者,一个是英国伦敦学院大学的John O'Keefe教授,他在1970年代发现海马内存在位置细胞,这些神经元能在动物进入特定位置时被激活。另两位是他的学生,挪威科技大学的May-Britt和Edvard Moser夫妇,他们的贡献是发现栅栏细胞,这些分布在外嗅皮层的细胞能感受特定网格信息,类似GPS的工作原理。Moser夫妇和O'Keefe分享了2014年的诺贝尔生理医学奖。

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大脑栅栏细胞感受信息的具体方式目前仍不清楚,尤其是如何感受速度和角度运动信息,最近这方面有了新的进展,科学家发现了能感受运动速度的神经细胞或者叫速度细胞。速度细胞可能是栅栏细胞和位置细胞获得信息的重要来源。


最新研究来自诺贝尔获得者Moser夫妇团队,Edvard Moser认为,如果大脑能读取地图信息,则必须具备采集速度信号的能力。


过去研究发现当动物头部朝向某一个方向,大脑内某些神经细胞会放电,例如有的感受东方,有的感受南方。但是一直没有发现能感受运动速度的神经细胞。达特茅斯学院Jeffrey Taube教授认为,这次报道能感受运动速度的神经细胞的发现充满意外。


为寻找速度细胞,Moser夫妇团队主要对内侧内嗅皮层进行搜索,这一部位位于大脑组织深部,2005年他们发现的栅栏细胞就位于这些部位。现在他们的技术比2005年要先进许多,能同时记录数千个神经元放电,然后将动物放在一个跑步机上,通过调节跑步机速度,观察那些神经元能感受运动速度信息。


根据研究需要,他们设计了运动调整模式,动物可根据需要调整运动速度,其中一个实验让动物按照一定加速度改变运动速度,另外一个实验中则用更慢的加速度(一半)改变速度,最后一个实验让动物自由活动。结果发现,所有这些实验中,所有神经元中有13%到15%细胞放电模式和运动速度相关,这说明在这一大脑区域存在大约13-15%的神经元能感受运动速度信息。文章刚刚发表在《自然》杂志上。


波士顿大学神经科学家Michael Hasselmo说,他对这一发现不奇怪,因为他们实验室也在这一区域记录到类似的速度细胞,而且有不同速度类型的感受细胞。他们的文章目前仍然没有正式见刊。


Taube教授对Moser夫妇的论文印象深刻,主要是他们将速度信息与计算机的联系,能利用他们的程序根据这些细胞的放电准确预测出动物要加速奔跑还是减速走路。


他们还发现,速度细胞放电不受环境影响。例如将动物放在一个新盒子内,新盒子有不同的图案,但运动细胞激活的模式不会改变。这些运动速度感受细胞与栅栏细胞的特征类似,是大脑独立的GPS感受系统,因为其激活模式完全不受外界的声、光等感觉信息刺激的影响。这类似闭上眼睛,你同样能根据身体自身的信息(是本体觉吗?)发现回家的路。这些来自体内自身的本体感觉信号来自肌肉和前庭系统。本体感觉只识别位置、方向和速度,不会感受其他信息。


本体感觉是指肌、腱、关节等运动器官本身在不同状态,运动或静止时产生的感觉。例如,人在闭眼时能感知身体各部的位置。因位置较深,又称深部感觉。本体感觉可分为三个等级,一级:肌肉、肌腱、韧带及关节的位置感觉、运动感觉、负重感觉;二级:前庭的平衡感觉和小脑的运动协调感觉;三级:大脑皮质综合运动感觉。


点评:Moser夫妇发现速度细胞、栅栏细胞和他们导师发现的位置细胞,如果这些细胞发生了特异性病变,例如某些特异性蛋白缺失,会不会发生一些特殊的疾病。老年性痴呆患者,出记忆力和智力病变因素外,会不会这种特殊的感觉细胞也发生了病变,导致不记得回家的路。他们研究位置细胞运动细胞和空间感受细胞,应该利用他们的工作原理,开展更多其他感受功能细胞的研究,例如颜色细胞、光感细胞(不是说视网膜上的),听觉分辨细胞,嗅觉和味觉感受细胞等等。也许这些研究也已经有不少。去年有学者评价他们获得诺贝尔奖的时候似乎有一些这方面的议论。

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