作为诺奖获奖者约翰·奥基夫的学生，现任北京大学神经科学研究所研究员的伊鸣还是本届青年学术演讲大赛的决赛选手，他目前所做的就是将脑认知研究向临床转化，“消除人的负性记忆”。

“如果有人再和你抱怨他(她)是路痴，甚至记不住超出家门3公里范围的路，并以此为借口，常常要你在他家附近活动时，你就要掂量掂量这件事的合理性了。

“按照进化到如今的人类大脑来看，别说3公里，就算是记住整个城市的地图，甚至能熟练地穿过每一条大街小巷，对大脑来说，都不是一件费劲的事儿。”

伊鸣，2014年青年学术演讲比赛冠军得主，像往常一样，讲述着自己的研究课题。这个脑神经领域的课题与每个人都相关，困扰了科学家近百年。近日突然获得了全球的瞩目，因为破解这一百年之谜的人刚获得了诺贝尔奖，而伊鸣正是他们的学生。

▲在伊鸣眼中，他的导师诺贝尔奖获得者奥基夫生活上很随性，但对待科学又异常不肯妥协，这样的性格得罪了不少同行，遭到了明显的恶评，但奥基夫仍然我行我素，不曾改变。

从前，出租车司机们率先用行为印证了大脑具有强大的类似GPS导航系统一样的认路能力。在科学界，大脑的这项能力叫做空间认知，是大脑学习能力的一部分。而大脑是如何实现这一功能的，一直困扰着人们。

而今年的诺贝尔生理或医学奖得主，约翰·奥基夫博士以及莫泽博士夫妇，用科学的方法，彻底弄清楚了这一现象背后的大脑机制。
 

“认知地图”真的存在么?

“这项研究之所以得到诺奖青睐，绝非偶然。这项研究在大脑研究方面，具有划时代的意义。”作为获奖者约翰·奥基夫的学生，曾在英国伦敦大学学院解剖与发育生物学系神经科学专业学习了6年，现任北京大学神经科学研究所研究员的伊鸣这样告诉记者。

纵观诺奖历史，对神经科学的研究一直非常热门。但是以往获奖的都是对神经系统的基础研究，比如对神经细胞的解剖以及膜片钳、核磁共振成像等技术。但是这次对脑的空间认知的研究，这属于对脑的高级功能进行的研究，这在诺奖上是第一次出现。

“这标志着人类对大脑高级功能的研究已经得到了科学界最权威的认可。所以从这个角度来说，它具有划时代的意义。”

要想深刻了解奥基夫的研究意义，就不得不了解这一领域的研究者们走过的曲折道路，当然，这条路上也有一点点偶然。

从上世纪30到40年代，科学界其实就已经开始了对大脑空间认知方面的研究。当时，认知心理学领域的顶级专家，哈佛大学教授拉什里首先提出了“刺激-反应模型”。这个理论认为，人们对空间认知(通俗来讲就是认路的能力)的过程来自于环境对人类视觉、听觉等各种不同的刺激，这些刺激反射到大脑后，人们就产生了对空间的认知。这个理论在当年绝对是主流甚至唯一的学说。

但仅仅几年后，一名叫托尔曼的学者不但用一系列的动物实验，否定拉什里的“刺-反模型”，还建设性地提出了“认知地图”这一概念。他认为，空间认知的过程不是刺激—反应，而是大脑中的某些位置可能储藏着一幅现成的“地图”，它能告诉个体自己现在身在何处。

就像拉什里的假说一样，托尔曼的“认知地图”假说也有两个命运：等待被证实，或者被证伪。

就在那时，科学研究中的那一点点幸运的，偶然的因素终于来了。

▲ 海马脑区的“位置细胞”具有定位功能，就像是类似GPS导航系统一样的认路能力，以前大脑是如何实现这一功能的一直困扰着人们。今年的诺贝尔生理或医学奖得主，约翰·奥基夫博士以及莫泽博士夫妇用科学的方法，彻底弄清楚了这一现象背后的大脑机制，而伊鸣就是奥基夫的学生。

1957年，一名叫做H.M的患者为了治疗癫痫，成为了世界上首个切除了双侧海马脑区的病人。H.M术后发生了很奇怪的改变。他甚至不记得1分钟前刚刚为他治疗过的医生。他失去了形成长期记忆的能力。而作为长期记忆一种的空间认知能力也出现了障碍。这些变化首次证实了“认知地图”可能真的存在，而且存在部位可能在大脑中的海马区。

此后，全球神经解剖学、生理学、行为学等不同领域的科学家都把研究重心放在了海马脑区，试图回答这一脑区参与认知过程的机制，但一直未能获得成功。直到1971年，本次诺奖的得主，约翰·奥基夫终于发现了海马脑区的“位置细胞”。

完美构建大脑的“认知地图”

很多划时代的发现，其实验设计都简单到令人难以置信。就像2010年，石墨烯的获奖，被人们戏称为用胶带“粘”出来的诺贝尔奖。一条胶带，反复粘石墨薄片，最后就得到了人们梦寐以求的石墨烯。而约翰·奥基夫发现海马区“位置细胞”的实验，也很简单易懂。

他只是让一只大鼠在一个1平方米的盒子里，自由奔跑。然后监测老鼠大脑的电信号。

实验简单，但是发现却不平凡。奥基夫发现，每当老鼠跑到一个特定位置，它的大脑海马区的一些特定细胞就会放电;而当老鼠跑到盒子的其他位置，海马区的另外一些细胞就会放电。

也就是说，在盒子的每个位置，老鼠的海马区都有相应的“位置细胞”进行放电。每个位置细胞都会记录特定的位置信息，最后这些细胞会形成一幅“位置拼图”，大脑正是这样完成了空间信息的记录。

这些具有记忆能力的位置细胞，一旦记住，可以维持很长一段时间。所以老鼠便具有了认路的能力。最明显的例子就是，在错综复杂的下水道中，老鼠从不会迷路，因为这是大脑的一项基本能力。

位置细胞的发现，以及一系列一丝不苟的实证研究，都证明了海马区包含内置地图并可存储环境信息。奥基夫的发现激发了一大批实验和理论工作，多数针对位置细胞如何生成空间信息和完成空间记忆过程。

“奥基夫确实是个非常顶级的科学家，他不但发现了位置细胞，还成功预测到了其他和空间认知相关的细胞。”伊鸣说。

完成位置细胞的发现后，奥基夫推演出一套空间认知的数学模型，根据这个模型，他认为，大脑中还存在“距离细胞”和“边界细胞”，分别编码距离和范围信息。奥基夫认为，位置细胞、距离细胞、边界细胞这三者加起来，就能完美构建大脑的“认知地图”，并将人们对大脑空间认知的研究提到一个新的高度。

▲ 2014 年诺贝尔生理或医学奖有一定争议。有观点认为脑内各种细胞都有，比这些细胞更有趣的有“镜像神经元”“祖母神经元”等，所以发现细胞不够重要，确定其功能，了解其机理更为重要。图为神经元图片。

另外两位顶级科学家此时出现了，他们是曾师从奥基夫的莫泽夫妇，在2005年和2008年，他们陆续将剩余的这两种细胞在大脑的内嗅皮层区域发现。至此，这个领域最关键的成员全部被找到。也由此，莫泽夫妇和奥基夫分享了2014年的诺贝尔生理或医学奖。

伊鸣告诉记者，除了以上三种细胞，其实大脑中还存在着物品细胞、次序细胞，时间细胞等。这些大脑细胞都有很强的可塑性，而且遵循“用进退废”的法则。所以如果再有人抱怨记不住，想不清楚，那么“多用大脑”应该是个不错的解决方法。

在伊鸣眼中，导师奥基夫履历很传奇，他的大学本科是艺术专业，但是到了硕士和博士阶段又成功转型为科学家。而且奥基夫在生活上是个很随性的人，高兴了就可以在实验室翘着脚哈哈大笑，站在楼道都能听到他的声音。但是对待科学问题，又异常不肯妥协。因为这样的性格，他也得罪了不少同行。在申请一些基金和项目时，一些同行，就会跑来阻挠，甚至给予明显的恶意评价。但是奥基夫仍然我行我素，不曾改变。

消除负性记忆

作为跟奥基夫学习了将近6年的学生，伊鸣也深受影响。他坚信，“做人或者是做科学，都要有荣誉感。”

带着这个信念，伊鸣在结束了英国的博士学业后，回到了国内，开始在脑认知这个领域继续深耕，拓展，实现着他的科研荣誉感。

“现在已经知道空间定位系统同样参与记忆的过程，而且提示特定的脑区执行特定的功能。而基础研究最终要为临床服务。所以能否在不产生明显副作用的条件下选择性地只调控特定脑区的功能，就具有很大的临床意义。”

所以伊鸣所做的研究，就是将这项研究向临床转化。

作为本届北京市科协举办的青年学术演讲大赛的决赛选手，伊鸣在演讲时，将他的研究内容形象地比喻为“消除人的负性记忆”。但是用更加学术的词来描述，是“人为地调控大脑特定的认知功能”。

在后续的采访中，记者了解到，伊鸣所做的研究，实际上可以理解为，通过调控大脑特定的认知功能，从而消除大脑中的负性记忆，以达到缓解一部分慢性疼痛患者病痛的目的。

“慢性痛，其实是一种特殊类型的记忆。”伊鸣说，好比针扎一下，这种一过性的疼痛叫做急性痛。如果针扎一下，疼了三个月还不完，这就叫慢性疼痛。组织损伤修复后，这个疼痛感依然存在，就是慢性痛。现在学界已有定论，就是一部分的慢性痛，其实是一种特殊类型的记忆，它并不是躯体损伤带来的，而是大脑异常活动的结果。

所以针对特定类型的慢性疼痛患者，消除他们的负性记忆就是一个很好的办法。伊鸣在研究中，发现慢性痛患者的大脑呈现异常电波。所以可以针对每个患者的情况，通过对大脑施加电刺激或者磁刺激，帮助他们将被负性记忆改变的异常脑电波“拨乱反正”，使脑电波趋于正常，从而改善慢性痛情况。

这个过程其实非常奇妙。脑细胞本身存在一个内负外正的电位，叫做“静息膜电位”。而当细胞兴奋时，电位会发生改变，产生“动作电位”。我们看到的脑电波，其实就是大脑中成千上万个细胞，在这两种电位相互作用下的结果。

研究中，会给大脑施加一个微弱的，甚至连身体都感觉不到的电刺激。这些微小刺激会影响细胞的兴奋性。经过这种影响，原本杂乱的，不正常的细胞兴奋度，就会趋于正常一致。

伊鸣打了个比方，这就好比一场音乐会，乐手就是各个脑细胞，本来在杂乱无章地演奏着跑调的乐曲，刺耳的声音导致了严重的疼痛。但这时，来了一个指挥，也就是外界的电或磁刺激，在他的指挥(刺激)下，乐手们的演奏趋于和谐，刺耳的声音消失，疼痛也随之减轻。

“这套方法听起来很简单，但是实际操作起来却非常复杂。”大脑是一个三维的球体，而脑电图像是二维的。用二维图像找三维痛点，不啻一项艰巨工程。而且即便找准了位置，施加何种强度的刺激，持续多长时间，给予多大的频率，都需要反复测算、论证。而找到“最佳治疗参数”达到最佳治疗效果，就是伊鸣研究的重点。

目前，这项技术还在研究阶段，但是伊鸣希望这项技术未来能够帮助慢性疼痛和其他负性情绪类疾病的患者从病痛中解脱出来。