他們發現的網格細胞能對空間位置產生映射，從而幫助大腦導航。神奇的是，網格細胞感應到的位置能形成近乎完美的圖案——一種類似蜂巢的六邊形網格。誰能想到大腦深處竟然隱藏著至簡至美的六邊形？莫澤夫婦的發現讓我們領略到大腦中蘊藏的智慧和美，也激起了更多人對神經科學、對大腦的興趣。

2014年諾貝爾生理學或醫學獎得主愛德華·莫澤和梅-布里特·莫澤夫婦

愛德華·莫澤和妻子在2014年共同獲得了諾貝爾生理學或醫學獎，成為歷史上第5對獲得諾貝爾獎的夫婦。他們發現的網格細胞能對空間位置產生映射，從而幫助大腦導航。

特隆赫姆城，挪威科技大學的所在地。每年12月，這里的冬夜是全年最漫長的，每天有20小時以上都處于黑夜之中。可能是大自然對北極地區見不到陽光的補償，在漫長寒夜常會有美麗的北極光照亮天空，這也是挪威科技大學的愛德華·莫澤教授最喜歡的自然景觀之一。

在2016年即將到來的時候，筆者撥通了莫澤的電話，隔著7000多千米的距離，對這位2014年的諾獎得主進行了專訪，聽他講訴關于大腦GPS的更多細節。

你和梅-布里特（May-Britt Moser）當初為何會研究大腦中的GPS？

莫澤：其實我對整個大腦都很著迷。不過，與認知、想象、規劃能力相比，研究導航系統要容易入門一些，研究起來也十分方便。老鼠大腦的導航系統與人非常相似，它們是識路高手，也是非常好操作的實驗對象。當時，我們已經得知位置細胞存在，這是個額外的優勢，畢竟比從零開始方便得多，我們可以從位置細胞的信號來源、位置細胞是如何產生的等簡單問題入手。另外，當時的科學家對海馬體的了解已經非常深入，而我們的導師正是在這一領域有極高聲望的約翰·奧基夫教授（John O’Keefe，與莫澤夫婦分享了2014年的諾貝爾生理學或醫學獎）。就這樣，我們自然而然地開始了大腦GPS的研究。

通過你們的研究，我們知道，大鼠經過一個六邊形的任意一個頂點時，相應的網格細胞就會被激活。是怎么想到這一點的？是偶然發現嗎？

莫澤：不能說是偶然，我們在大鼠處于較狹窄的環境時就已經觀察到了一種規律。標準的實驗環境是約1平方米的正方形。在這樣的環境中，我們發現每當網格細胞被激活時，大鼠經過的位點之間的距離是恒定的，但那時還不能準確描述這是一個怎樣的圖案。

2004年，也就是發現網格細胞的前一年，我們就已經清楚地闡述過這種現象：這些位點之間的距離不是隨機的。很明顯，為了觀測到更清晰的圖形規律，我們必須擴大實驗環境。而我們當時已經有這樣的實驗條件，就給大鼠換了個大環境，然后，我們便發現了網格細胞。

繼網格細胞之后，2015年你們又發現了另一種導航細胞——速度細胞，有科學家評價“這是大腦地圖領域最后一塊重要拼圖”，對此你怎么看？

莫澤：我不認為速度細胞是大腦導航系統的最后一塊拼圖。也許這么說更合適：在此之后發現的其他細胞，可能不會像速度細胞一樣專職負責某一功能，就像我們發現許多網格細胞和邊界細胞還兼有頭部方向細胞或是速度細胞的功能。

目前發現的與導航有關的細胞總數，大概占到了內嗅皮層細胞的50%以上，也許是60%或70%的樣子。而且，也許那些已發現和未發現的細胞還有其他我們不知道的功能。更重要的是，我們目前只是發現了不同的細胞種類，卻依然不清楚它們之間是如何互動的。

單獨看這幾類細胞，相當于在介紹一個航空公司時，只介紹了不同的員工，比如飛行員、空乘人員以及地勤人員。能否講講這些細胞是怎么協作完成任務的？

莫澤：這個確實有點難以回答，因為我們對這些細胞的了解其實并不比對航空公司員工的了解更多。

網格細胞對環境進行度量，從而提供距離和方向的信息。邊界細胞則知道環境中的墻或其他各種邊界的位置，很可能對網格細胞起著像“錨”一樣的作用。也就是說，網格細胞很可能利用邊界細胞的信息來校準方向。

我們在2015年發表于《自然》的一篇論文中，介紹了網格細胞在環境中獨特的方向定位。通常來說，如果我們沿著六邊形的頂點畫軸線，其中一條軸線總是會與墻壁呈現出7.5°左右的夾角。這非常奇怪，在絕大多數情況下，這條軸線總是與墻壁有這么一點點夾角，而不是與墻壁平行。不過，細想一下，也并不奇怪，因為在一個正方形平面中，當夾角為0°時，六邊形會沿著正方形的中軸對稱，當夾角達到15°時，六邊形就會沿著正方形的對角線對稱。而夾角為7.5°時，六邊形在正方形平面中是最不對稱的。我們認為是邊界細胞導致了這種不對稱性，因為邊界細胞“搭載”著環境中墻壁位置的信息。

對于頭部方向細胞，我們只知道它們和網格細胞在同一個神經回路，可能向網格細胞實時提供有關方向的信息，而速度細胞則可能為網格細胞實時更新移動速度的信息。所以，當我走出0.5米時，與此距離匹配的網格細胞會被激活，每走一步都是如此。這些還只是我們眼下的粗略推測，要搞清大腦導航系統的整體機制，仍有大量工作要做。

目前你們團隊發布的研究結果主要源自大鼠，那在其它哺乳動物中，導航系統有哪些不同？

莫澤：目前我們在大鼠、小鼠、蝙蝠、猴子和人類大腦中都發現了網格細胞。這幾個物種在系統發生樹上的位置隔得非常遠。從進化學上來說，小鼠和大鼠比較接近，而蝙蝠則完全屬于另一個分支，它們不是會飛的老鼠。但是，當蝙蝠在平面爬行時，大腦中激活的網格細胞和老鼠非常相似。猴子的情況則不太一樣。猴子的網格細胞不僅會隨運動被激活，還會隨眼睛看的地方不同而被激活，即使它們沒有移動位置。但總的來說，網格細胞在這些不同種類的動物中還是非常相似的，所以我相信導航系統可能在哺乳類動物進化的早期就已經出現。

當然，人類不僅擁有語言，還有想象力，可以對尚未發生的事情做出預測，規劃想去的地方并設計路線，情況與其它動物完全不同。不過我仍然認為，哺乳動物中導航系統的根基是相同的，即都是依靠網格細胞、頭部方向細胞、邊界細胞、速度細胞等進行工作，而隨著一些更高級的大腦結構出現，導航系統也會與它們協同工作。

這些細胞真的很神奇，你覺得這方面的研究未來會有什么應用？能否用于治療阿爾茨海默病或自動導航機器人？

莫澤：有很多潛在應用。首先說與人類大腦有關的。網格細胞位于人腦的內嗅皮層中，而阿爾茨海默病最先影響的就是這個腦區。在病人出現任何可識別的癥狀之前，這一腦區就已經開始縮小。如果我們對網格細胞及導航系統有更深的理解，就能對阿爾茨海默病進行早期干預。對此，我充滿希望。實際上，就在大概一個月前，《科學》刊登了德國科學家的一項研究，他們已經直接檢測到，攜帶阿爾茨海默病致病基因的自愿者大腦中，網格細胞的活躍度比正常人低。

至于人工智能，我認為用網格細胞甚至整個大腦導航系統來“武裝”人工智能設備，確實可以讓它們更好地在復雜的環境中自主運動。但人類非常擅長處理突發事件，舉個例子，當你走在機場時，你會下意識地躲避周圍的行人，并規劃出一條復雜的線路，這一點人工智能設備可能很難學會。不過，人工智能發展很快，也可能會超出想象，說不定未來，仿生大腦不僅能像人腦一樣精妙，還能同時多線程工作。

你對“我們的大腦無法理解大腦自身的運作機制”（Brain cannot understand brain）這句話怎么看？你認為人類最終可以破解大腦的運作之謎嗎？

莫澤：我認為對大腦的理解會越來越深入，至于能否達到破解的程度，則不敢斷言。人類的大腦太過復雜，但我們可以越來越了解它，這是一個量變的過程。雖然大腦長在我們身上，但神經科學家只能通過大腦對外部刺激的反應來理解它，而對于外部世界，我們又需要通過大腦來感受，也就是說，我們對于外部世界的理解是受限于大腦本身的。所以，科學是不斷積累的過程，我們能做的就是越來越深入地了解世界，在這一點上，不論神經科學家還是其他領域的科學家都是如此。（廖紅艷 馬宏稿件來源：環球科學）