▎藥明康德內容團隊編輯
編者按
還有半個月,小镇学浪萬眾矚目的青年起揽诠释諾貝爾獎就將陸續揭曉各個獎項的得主。與往年一樣,婚后获诺藥明康德內容團隊也將第一時間為讀者朋友們報道諾獎的奖对進展。現在,夫妇讓我們一道回顧過去一些過往諾貝爾獎獲得者的真正故事,共同品味人與科學的小镇学浪魅力。
兩個小鎮青年的青年起揽诠释科學緣分
在挪威西南海岸的一個小島上,有著一個名為Fosnavåg小鎮,婚后获诺在梅-布裏特·莫澤(May-britt Moser)眼中,奖对這裏是夫妇挪威最美的地方之一。1963年,真正梅-布裏特在這個人口不過三千的小镇学浪小鎮上出生,她的青年起揽诠释父母擁有一個小農場,相較於與人相處,婚后获诺梅-布裏特小時候更多是與農場裏的動物相伴。
到了上學階段,梅-布裏特也並非是班裏成績頂尖的學生,就如同我們小時候會被父母警告“不好好學習,將來就要去撿垃圾”一樣,梅-布裏特的母親也曾告訴她,不努力學習最後隻能去做家政,這讓她嚇壞了,因此也更加專注學習。
▲梅-布裏特出生的小鎮 (圖片來源: Wikipedia,Copyrighted free use)
在自身的努力下,梅-布裏特考上了挪威的頂尖學府奧斯陸大學。在自傳描述中,梅-布裏特回憶起自己在奧斯陸繁華的卡爾·約翰斯大道上的一幕,她和朋友遇見了愛德華·莫澤(Edvard Moser),也就是後來自己的戀人與丈夫。她當時一眼就認出了愛德華,那個和自己一個高中的聰明學生。當她得知愛德華也會來奧斯陸大學學習的時候,她熱情地邀請愛德華到時帶他一起參觀下校園,愛德華答應了。
就愛德華的經曆來說,梅-布裏特的印象是極其準確的。出生在挪威西海岸另一個島嶼的愛德華從小就對科學感興趣,無論是地質學、氣象學還是古生物的書籍,他都喜歡閱讀。除了體育成績不好之外,他所有的學科基本都是名列前茅的。在愛德華心中,他知道自己肯定是要成為一名科學家的,隻是不知道具體是哪一類科學家。
愛德華很清楚記得自己在高中就遇見了梅-布裏特,他還記得自己與梅-布裏特一起上過數學、物理和化學課,但由於高中的圈子通常是由島嶼來劃分的,他們倆其實並沒有太多的互動。當時,由於冷戰的存在,愛德華高中畢業後被迫去服兵役,當他再回到奧斯陸已經是一年半之後的事情了。
不過,愛德華同樣記得那一天,在卡爾·約翰斯大街與梅-布裏特的重逢,在自傳中他同樣描述了梅-布裏特主動提出帶自己參觀大學的畫麵,期間他們談論了很多話題,大部分都是有關對學科的迷茫。
▲1986年, 梅-布裏特與愛德華在厄瓜多爾 (圖片來源: 參考資料[2], Credit:The Nobel Foundation)
他們在交談中敞開了彼此的心扉,並最後都選擇了心理學課程,兩人都想要了解人類最神秘的器官——大腦。他們在之後的學期裏,進入了實驗室研究小鼠的行為,例如過度活躍與多動症。期間,兩人的關係逐漸從誌趣相投的朋友變成了戀人。在一次前往乞力馬紮羅山的旅行中,梅-布裏特與愛德華在山頂上決定訂婚了。一年之後,他們便迅速步入了婚姻殿堂。
探索空間定位的奧秘
回到實驗室這邊,梅-布裏特與愛德華遇到了第一個挑戰,他們想加入神經科學家佩爾·安德森(Per Andersen)的小組,但對方給了兩人一個要求。佩爾需要他們設計出一個可以用於追蹤小鼠記憶行為的水迷宮,其中要有水泵可以給直徑2米的水池中注水和排水,另外為了保持合適的渾濁條件,他們需要給水裏加入牛奶。為了小鼠可以自由遊行尋找隱匿的平台,水溫需要保持在25℃。這意味著他們每天都需要給水池換水,否則發酵的味道可能會熏倒整個實驗室。
兩人白天上課,晚上就在實驗室建造水迷宮。但努力並不會白費,這些工作為他們在多年之後獲得諾獎奠定了基礎。
借助水迷宮實驗,他們確認了哪一類小鼠更適合進行記憶任務,哪一類小鼠更容易進行追蹤。在追蹤實驗中,他們發現小鼠背側海馬體出現病變時,小鼠會失去學習能力,無法在水迷宮中完成空間導航,但如果是腹側海馬體病變,那麽小鼠的空間學習和記憶功能則不會受到影響。
這是他們第一次在自己的實驗中見證了特定腦區與空間識別聯係到了一起,這些結果也成為了碩士學位論文的一部分。在後續的博士研究中,梅-布裏特與愛德華繼續借助水迷宮探索空間記憶有關的神經機製。他們確認生活在複雜環境中的小鼠,可以更快地記住水迷宮中的隱藏平台。數年間,兩人在期刊上發表了多篇介紹海馬體背側與腹側具有功能差異的成果。
基於這些發現,他們先後被邀請前往了愛丁堡和倫敦進行深造,在倫敦大學學院,他們遇到了空間位置神經機製領域的頂級科學家約翰·歐基夫(John O' Keefe),約翰曾在記錄海馬體單個神經元信號的時候發現了一些特殊的神經細胞,它們會在小鼠處於特定位置的時候被激活,就好像指示了小鼠所處地點一樣。因此約翰將其稱作“位置細胞”(place cell),我們大腦中對地點的記憶就依賴這部分細胞實現。
▲ 2014年的諾貝爾生理學或醫學獎授予了約翰·歐基夫、梅-布裏特 ·莫澤與愛德華·莫澤三位科學家,表彰他們對大腦中定位係統的貢獻 (圖片來源: 研究團隊提供)
梅-布裏特與愛德華在約翰的實驗室學習了如何巧妙地記錄單個神經細胞的信號,這也給後麵他們發現另一類指示空間位置的細胞,奠定了關鍵基礎。
一種指示空間位置的新細胞
從英國返回挪威後,挪威科技大學破例給兩人都提供了一個職位,他們作為夫妻共同創建了一個新的實驗室。但新的實驗室隻是在防空洞中的一個房間,裏麵什麽都沒有,一切都要從頭再來,他們需要重新購買構建水迷宮的材料,同時還需要訂購約翰實驗室中那些用於記錄神經細胞信號的設備。
一直到一年半後,實驗室才初具雛形,到第三年,他們才招到第一個學生。他們在約翰的發現基礎上,想繼續知道位置細胞從哪裏來,它的功能基礎又是哪裏。為此,他們嚐試阻斷了位置細胞所在的海馬體相關腦區的信號,但是實驗設備仍然可以收集到空間相關的信號。
這說明這些細胞具有上遊信號輸出的地方,並且它們仍然處於活躍狀態。梅-布裏特與愛德華確定這些信號來自一個大家很少關注的地方——內嗅皮層。在這裏,一種特殊的細胞類型同樣會在小鼠經過不同位置被激活,但與位置細胞隻對某一個地點有信號不同,這種新類型細胞放電的位置有著精準規則,會形成明顯的六邊形結構。而每一個六邊形結構,像瓦片一樣鋪開,就像一張網格,梅-布裏特與愛德華將它們取名作為網格細胞。
▲ 約翰發現了位置細胞,梅-布裏特與愛德華發現了網格細胞 (圖片來源: 參考資料[1])
網格細胞就好似地圖上的一個個坐標,可以告訴大腦我們在空間中的坐標位置,以及提示我們位置之間的距離,這就好比在熟悉的環境下,突然停電失去了視覺,我們也能大概摸索到想去的地方。
▲網格細胞有著特殊的放電規則 (圖片來源: 參考資料[3])
網格細胞的出現,讓我們找到了空間導航中的另一塊拚圖,正是因為網格細胞與位置細胞的存在,我們才能夠判斷所處的空間位置與目標。在後續的研究中,莫澤夫婦還發現了另一種內嗅皮層類型,這些細胞會在小鼠處於環境邊緣的時候放電,因此也被稱作邊界細胞。 隨著成果不斷湧現,實驗室也從當初的防空洞臨時房間搬到了全新的挪威腦科學中心。
在2016年,也就是兩人獲得了諾貝爾獎2年後,他們宣布了離婚的消息。不過,兩人仍然在學術上保持著緊密的聯係。他們一共培養了兩個女兒,並且小時候時常帶著她們在實驗室與大自然中探索。在愛德華的自傳描述中,這是一份比諾貝爾獎還要更珍貴的禮物。
參考資料:
[1] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2014. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2023. Retrieved 15 Sep 2023 from https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2014/summary/
[2] Edvard Moser – Biographical. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2023. Retrieved 15 Sep 2023 from https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2014/edvard-moser/biographical/
[3] May-Britt Moser – Biographical. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2023. Retrieved 15 Sep 2023 from https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2014/may-britt-moser/biographical/
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