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关于大脑定位系统的读书报告 摘要 人能判断自己的位置能搞清楚行走路线但是此前一直没有人知道 约翰奥基夫通过大鼠神经元与行为关系的实验发现了大脑海马区的位置细胞而 2 背景 （1）我为什么选择阅读有关大脑定位系统的文献资料 著名的哲学终极三问中就有这样的两个问题我从哪里来我到哪里去 老马识途飞鸽传书古代的时候人们就发现许多动物有惊人的记忆空间的本领 虽然我不是医学或者生命科学专业的学生，但是我还是能感受到大脑这个器官的无尽奥妙、玄幻莫测、神奇之美，对它的研究绝非易事。大脑的各种机理，最终还是要在现实生活中完成各种功能，怎么样把生活与大脑细胞分子联系起来，解释现实与理论的奇妙关联，在我看来是很酷的事。高三的时候，这项诺奖就曾在电视上被频繁报道，当时我觉得那些高深的东西可能是我一辈子无法企及的，没想到今天我有一个机会，从科学学习的角度近距离了解它，哪怕只是一点皮毛。 （2）此前脑科学界的大脑定位系统研究的背景 早在1948年，美国加州大学伯克利分校的心理学家爱德华·托尔曼教授在发表《大鼠和人类的认知地图》一文中，提出了“认知地图”理论。在他和同事的实验中，一只饥饿的老鼠被放在迷宫中，它不停寻找不同的路径，直到寻找到食物，并24小时重复一次。托尔曼教授不满足于认为这是简单的刺激—应答神经反应过程，他认为大鼠的中枢神经系统是一个地图控制中心，可以整合接受的刺激，然后在一个蕴含着环境信息的、试验性和带有认知功能的地图中加以体现。 在1957年，美国哈特福特医院著名的前脑叶白质切除术专家外科医生威廉·比尔·斯科维尔和加拿大神经心理学家布伦达·米尔纳对一位特殊的病人的手术结果分析，提出：大脑海马区及其附近的结构与记忆的获得有关；内侧颞叶受损，会导致暂时记忆与长期记忆的分离，对新记忆的形成有重要的影响，但对知觉和智力并没有影响。 据我所知，此前的相关研究并不多，托尔曼教授只是提出了一种可能的假设、一种模糊的概念，而威廉和米尔纳则只是根据手术经验提出了大脑某部位的功能推测。接下来就是我们的2014诺奖主人公的故事了，他们才真正深入到具体的细胞中去，用现代科学的方法具体而有针对性地加以研究。 3 论述和讨论分析 （1）奥基夫：海马中的 为了研究大鼠脑内是否存在与定位相关的神经细胞，约翰·奥·基夫教授采用电生理技术，先将大鼠麻醉，固定于立体定位仪上，在大鼠的脑颅处开孔。将微电极植入到大鼠的海马区并固定，微电极可以将海马区神经元活动的放电变化通过放大器进行记录。然后，他将大鼠放在空盒子中并使其自由活动，发现大鼠在空盒子中的位置变化可以有规律地触发海马区不同神经元的放电变化。 这样的研究方法在高中生物中并不罕见要确定两个变量之间的联系控制无关变量不变让大鼠活动在不同的位置与之对应的神经元的不同反应 通过上述实验，发现在大鼠脑的海马CAl区存在一种神经细胞。当大鼠到达或者经过特定位置时，位置细胞就放电。在记录的海马CAl区的50个单元中，有26个与大鼠所处位置关系紧密。称为位置单元。当大鼠在特定位置时，位置单元的神经细胞会最大程度地放电，有的位置单元对应1个位置，有些对应2个位置。还有的在特定情况下有3个。对于投射位置大小，有的为10 平方厘米，有的是迷宫的一半，并且对应于迷宫臂末尾处的位置相对其他位置是偏小的，说明了，迷宫末端对于位置的确定可能是更加重要的。他还发现，迷宫臂部的投射位置较多，在迷宫中投射较均匀。而且大部分的投射位点并不在放有物品的地方，可见，位置的复杂程度与投射位点关系密切。通过分析不同的放电模式，发现相邻位置单元的投射位点大部分不相邻，只有少数相邻。另外，还有些单元的细胞对于大鼠在迷宫中的所处位置是必须的，但它们的最大放电则发生在用嗅觉探索一些特殊位置的时候，这一单元被称为错位单元，其功能可能更为复杂。 我觉得“大部分的投射位点并不在放有物品的地方”这一点，稍微有些不好理解，传统思维里面，路旁的标志应该是定位系统的重要组成部分。这样解释应该说得通：地标应该分为两种，一种是路况，它不易被改变，比如实验中的位置复杂程度——迷宫末端；另一种是普通的物品，它可以被看出来不属于这个环境，很有可能被移走，所以不适合被当做定位指标。 也许约翰奥基夫的发现并不复杂但他的确是第一个吃螃蟹的人 （2）莫泽 很有趣的是，莫泽夫妇曾到奥·基夫教授的实验室工作过，也算是有一段师生情谊。一段时间之后，夫妇二人便到了挪威科学技术大学，也采用与奥·基夫教授相似的实验方法进行研究。他们将电极插入海马区，并用化学方法，使海马及附近区域失活，进而发现了由内嗅皮层流向位置细胞的信息，于是他们将电极改插入内嗅皮层中，并记录内嗅皮层区神经元的放电情况，找到了流向海马定位细胞信息的部位——内嗅皮层。该皮层神经元的放电，与海马位置细胞的放电相似，也对特定的空间位置进行反映，并可将位置