2014诺贝尔生理学或医学奖88y.pptx

2014诺贝尔生理学或医学奖 发现大脑中组成定位系统的细胞fortheirdiscoveriesofcellsthatconstituteapositioningsysteminthebrain 目录 1 获奖人物2 获奖背景3 相关论文及研究方法4 主要贡献5 对诺奖的思考 对研究生的启发 获奖人物 神经科学家 1939年出生于纽约 具有美国和英国国籍 在纽约长大 1987年 他留校 伦敦大学学院 担任认知神经科学教授 目前 是伦敦大学学院神经回路与行为中心主任 解剖学系和认知神经科学研究所的教授 他通过系统地分析影响个体的海马神经元的放电性能的环境因素发现的位置细胞 出版了很多有影响力的关于认知地图的空间记忆功能的专著 约翰 O 基夫教授 JohnO Keefe 获奖人物 1963年出生于挪威 现为挪威心理学家 神经科学家 挪威科技大学卡夫利科系统神经科学研究所和记忆生物学中心创始主任 梅 布莱特 莫索尔教授 May BrittMoser 获奖人物 1962年出生于挪威 现为挪威心理学家 神经科学家 挪威科技大学卡夫利科系统神经科学研究所和记忆生物学中心创始主任 2013年获霍维茨奖 爱德华 I 莫索尔教授 EdvardI Moser 获奖背景 脑科学研究背景 就脑科学领域的研究热点来看 脑细胞空间定位功能的研究也是众多脑功能研究的一个方向 目前 脑科学领域研究中 最受关注的是各种脑功能相关的神经环路的结构和工作原理 1 有哪些神经细胞组成怎样的环路结构 2 在进行各种脑功能时回路中的各个神经细胞是如何处理电活动信息的编码 储存和提取 Methodsandpapers 1 ResearchMethodselectrophysiologicaltechniquesandsoon 2 Relatedpapers 1 Hippocampusasaspatialmap preliminaryevidencefromunitactivityinfreely movingrat 2 Microstructureofspatialmapintheentorhinalcortex JohnO Keefe教授的方法 1970年 他们把电极记录器安置在大鼠的大脑海马区 然后让大鼠在一个它陌生的房间自由走动 这时 大鼠脑中的位置细胞会根据它所在的位置而选择性地兴奋 只有当大鼠活动到房间的特定位置 特定的位置细胞才会兴奋 这就好像给予了每个坐标一个记忆 这样大脑才能记住我们曾经到过哪些地方 May BrittMoser教授和EdvardI Moser教授的方法 2005年 挪威科技大学Hafting和May BrittMoserEdvardI Moser等人通过变换实验箱的几何外形和内径 记录大鼠在不同实验箱觅食过程中内嗅皮层的神经元放电活动 发现了具有强烈空间放电特性的网格细胞在有关嗅皮层参与空间记忆的早期实验探索中 研究者们发现嗅皮层存在空间放电特征的神经元 但比较之位置细胞 嗅皮层神经元的放电比较微弱且放电也分散 论文节选 Thehippocampusasaspatialmap Preliminaryevidencefromunitactivityinthefreely movingrat JohnO Keefe BRAINRESEARCH Thehippocampusasaspatialmap Preliminaryevidencefromunitactivityinthefreely movingrat Ratswithhippocampaldamagearereportedtobehyperactiveinnovelenvironments perseverative andresistanttoextinctionontasksthattheyhavelearned heedlessofdrasticchangesintheirenvironment andpooratspatialtaskssuchasmazesandtaskswhichrequirethealterationofresponsesonsuccessivetrials Thesedeficitscouldbeduetothelossoftheneuralsystemwhichprovidestheanimalwithacognitive orspatial mapofitsenvironment Ourpreliminaryobservationsonthebehaviourofhippocampalunitsinthefreelymovingratprovidesupportforthistheoryofhippocampalfunction firstparagraph Thehippocampusasaspatialmap Preliminaryevidencefromunitactivityinthefreely movingrat Deprivedofthismap theratwouldnotimmediatelynoticeenvironmentalchanges betheyincidentalonessuchasfloortextureormoreimportantonessuchasreinforcementcontingencies Furthermore itcouldnotlearntogofromwhereithappenedtobeintheenvironmenttoaparticularplaceindependentlyofanyparticularroute asinTolman sexperiments butwouldbeforcedtorelyonotherinherentlylessflexiblestrategiestofinditsway turnleftatthejunction followthisodour avoidthatbrightlight Wesuggest then thatitisthelossofthisspatialreferencemapwhichresultsinallormostofthebehaviouraldeficitsreportedforhippocampectomizedrats lastparagraph 论文节选 Microstructureofaspatialmapintheentorhinalcortex May BrittMoser EdvardMoser nature Microstructureofaspatialmapintheentorhinalcortex Theabilitytofindone swaydependsonneuralalgorithmsthatintegrateinformationaboutplace distanceanddirection buttheimplementationoftheseoperationsincorticalmicrocircuitsispoorlyunderstood Hereweshowthatthedorsocaudalmedialentorhinalcortex dMEC containsadirectionallyoriented topographicallyorganizedneuralmapofthespatialenvironment Itskeyunitisthe gridcell whichisactivatedwhenevertheanimal spositioncoincideswithanyvertexofaregulargridofequilateraltrianglesspanningthesurfaceoftheenvironment Microstructureofaspatialmapintheentorhinalcortex Gridsofneighbouringcellsshareacommonorientationandspacing buttheirvertexlocations theirphases differ ThespacingandsizeofindividualfieldsincreasefromdorsaltoventraldMEC Themapisanchoredtoexternallandmarks butpersistsintheirabsence suggestingthatgridcellsmaybepartofageneralized path integration basedmapofthespatialenvironment Abstract 论文图片节选 Fig 1illustratestheclearestexampleoftheseunits onerecordedintheCA1fieldoftheanteriordorsalhippocampus IthadnospontaneousactivityandonlyfiredwhentheratwaspointinginthedirectionsmarkedAorBandwassimultaneouslylightlybutfirmlyrestrainedbyahandplacedoveritsbackwiththumbandindexfingeronitsshoulderandupperarm Boththeparticularorientationandtactilestimuluswerenecessary 主要贡献 获奖的三位科学家研究的是大脑中的 内置GPS 定位系统 它使人们可以在空间中进行自我定位 也为更高级的认知功能提供了细胞意义上的基础 三人的研究解答了 我们如何得知我们在哪里 我们怎样找到路径从一个地点到达另一个地点 以及 我们如何储存这些信息 从而下次需要寻找相同路径时可以立刻获得它们 等问题 PrizeAnnouncement Theydiscoveredhowthebrainknowswhereweareandisabletonavigatefromoneplacetoanother TheirfindingsmayhelpexplainwhyinAlzheimer sdiseasepatientscannotrecognizetheirsurroundings Thediscoverieshavesolvedaproblemthathasoccupiedphilosophersandscientistsforcenturies theNobelAssemblysaid PlaceandGridCellSystem 点定位 1971年 奥基夫研究发现 老鼠在房间的某个特定位置时 其大脑海马体的一些神经细胞总是处于激活状态 而老鼠移动到房间其他位置时 其他神经细胞则被激活 奥基夫总结出 这些 位置细胞 在大脑中形成了关于房间的 地图 PlaceandGridCellSystem 面定位 2005年 莫泽夫妇发现了大脑定位系统的另一关键构成 网格细胞 这种细胞能形成坐标系 可以精确定位和寻找路径 他们随后的研究还展示出 这些 网格细胞 是如何确定位置并导航的 位置细胞 和 网格细胞 有机形成了大脑的定位系统 PlaceandGridCellSystem 立体定位 对诺奖的思考 中国与国外的差距 1895年 诺贝尔设立第三份遗嘱时 中国还没有 科学 这个词 还没有一所大学 北大 1898年 中国的本土文化没有产生近代科学技术 对现代科学技术缺乏支持的内力 基础研究水平不高 是中国大学和研究机构的最薄弱环节 高教体制和制度陈旧 科研投入不足 缺乏世界一流权威科学家 对诺奖的思考 中国与国外的差距 近年来 中国的神经科学取得较大发展 在神经系统的可塑性 感觉的等研究方面 达到了国际先进水平 整体上 我国脑科学研究在高水平 有竞争力的实验室数量 科学成果总量和影响力等方面 与先进国家相比都有很大差距 目前也没有脑科学领域里主要的 推动前沿发展的团队 诺奖给我们的思考 回顾科研历程 JohnO Keefe曾着迷于研究大脑如何控制行为的问题 20世纪60年代后期 他决定用神经生理学方法来解决这个问题 尝试通过仪器捕捉在某个房间里自由移动的大鼠其大脑海马体中的个别神经细胞发出的信号 注意到当大鼠处在某一特殊位置时 有一种神经细胞会变得活跃 他通过实验发现这种 位置细胞 并不只是从视觉上记住 而且会构造出一幅所处环境的内在地图 但是同时 他们也意识到 除了位置细胞以外 大脑必然还存在着其他作用的 导航细胞 诺奖给我们的思考 回顾科研历程 May Britt和EdvardMoser在绘制大鼠脑海马区的连接时 在邻近的内嗅皮层区域发现了惊人的活动模式 在这个区域 当大鼠穿过六边形网格里的多个地点时 特定的细胞被激活 每个这样的细胞被特定的空间模式激活 这样的 网格细胞 构成了一个协调系统 促发空间运动 加上内嗅皮层区域其他能够识别头部方向和房间边界的细胞一起 它们在海马区形成了回路 这一回路在大脑中构成了一个广泛的定位系统 一个内部的GPS Thanksforyourattention