腦裡有一張地圖
 
2016/12/01
 
IC之音廣播電台
 
 
人的大腦裡面,有地圖或GPS嗎?從某個觀點來說,的確是有的。這就是2014年諾貝爾生理學與醫學獎得主歐基夫、以及夫妻檔學者莫瑟夫婦發現的大腦定位系統。請聽今天的科學三分鐘:腦裡有一張地圖。

人的方向感從哪裡來?我們在路上開車、搭捷運或公車、或行走的時候,要如何知道自己走對了路呢?長久以來,這都是困擾著哲學家與科學家的問題。十八世紀時,哲學家康德相信,對空間的認知完全是一種天賦,跟人的經驗無關。進入二十世紀,行為主義心理學家萊士利的理論,則是另一種極端,認為個體對空間的認知完全來自於視覺、聽覺的刺激,有刺激就有反應,最後形成方向感。

1948年,行為心理學家托爾曼,又提出介於兩者之間的假設,稱為「認知地圖」。這個假設認為,生物的大腦能認知所在的空間,不只靠刺激與反應,而是與生俱來的大腦裡面,有特別的區域可以幫助我們辨認空間、知道自己的位置,就像是畫出地圖一樣。可惜當時的技術無法證實這個假說。

直到1971年,美國、英國雙重國籍的學者歐基夫在老鼠實驗中發現,當老鼠跑到環境中不同的地點,老鼠腦中的海馬迴,不同部位的腦細胞會特別活躍,換句話說,某些腦細胞會跟空間中特定的地點對應。本集單元的科學顧問,清華大學認知與心智科學中心主任楊梵孛,用一個生動的比喻說明了這個現象:

楊主任:
海馬迴呢,就像一個跑馬燈。我跑到甲區的時候,跑馬燈的第三個燈泡亮了。跑到乙區的時候,第五個燈泡亮了。好像我們海馬迴的地方有一種叫做「位置細胞」,它就像你是用你的細胞,對某個對應的位置,有特別深刻的記憶,就像腦袋裡面形成一個地圖一樣。

歐基夫發現了「位置細胞」,最早印證了大腦定位系統的存在。另一個關鍵進展發生在2005年,挪威籍的莫瑟夫婦發現,腦部海馬迴旁邊的「內鼻皮質」對空間定位的作用。

楊主任:
莫瑟夫婦在內鼻皮質這個地方發現呢,老鼠在移動的時候,這個地方的細胞它會圍起來,像一個網格狀,六角形的很漂亮,它就像是地圖上的定位點一樣。老鼠跑來跑去的時候呢,這個網格狀的細胞,就會比如說一下子甲區跟乙區一起亮;老鼠跑到另一個位置的時候,丙區跟丁區一起亮,這幾個互相協調的細胞,會幫助老鼠去記得跑到空間上的哪個位置。

這項研究最重大的貢獻,是在細胞的層次,找到生物的腦細胞跟高等認知行為之間的關聯,因而獲得諾貝爾獎。雖然研究本身,並不能馬上讓我們治療阿茲海默症、癲癇等腦神經疾病,卻開啟了相關的研究領域,讓我們朝向治癒這些疾病,更近一步。

今天的科學關鍵字,就是

位置細胞 Place Cell

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【本單元由科技部補助製播】2014-11-23 16:55:00播出
 
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