演讲回顾
11月3日，2024腾讯科学WE大会正式举行。包括中国国家最高科学技术奖得主、诺贝尔奖获得者等在内的5位国内外顶尖科学家，与我们分享了量子物理、时空旅行、暗物质、大脑GPS、器官芯片的前沿探索与突破。
大会原声双语字幕版视频和嘉宾演讲全文将陆续放出，欢迎收看！
2014年诺贝尔生理学或医学奖得主梅-布里特·莫泽 是大脑“GPS”系统的发现者之一。在本届WE大会上，她揭秘了人脑中的位置细胞、网格细胞、速度细胞、边界细胞等如何协同工作，让我们更好地记住特定地点、理解在空间中的位置、监测移动速度、感知边界等。她的研究成果不仅揭秘了人脑处理空间信息的方式，也为治疗阿兹海默症等疾病带来启示。
以下是梅-布里特·莫泽演讲全文：
大家好。亲爱的观众朋友们，我非常荣幸能够受邀来到腾讯科学WE大会。非常感谢主办方的精心安排。尤其是这支为我跳的舞——让我的眼眶都湿润了，真的太美了。
中国，无论是国家还是人民，都很美好。
很高兴能够借此机会跟大家分享一些我职业生涯中的转折点。于我而言，最重要的是什么？答案是大脑——这个所有人都拥有的，被头骨包裹的器官。它神奇精妙——没有大脑，就没有我们。
这也是为什么，我对大脑的工作原理十分好奇。我也衷心希望，在今天的大会上，我们可以共同加深对大脑的认知，揭开大脑的神秘面纱。
科学往往始于孩童时代，每项科学研究的背后都有一个满怀好奇心和喜欢问问题的小孩，我也不例外。作为一个科学家，可以在工作中延续这份好奇心与激情，我感到十分幸运。
我职业生涯的转折点之一，便是遇到爱德华·莫泽，并与他一起共事。后来，我们也顺利成为了奥斯陆的医学教授——佩尔·安德森的学生。他对我们说，“你们俩是心理学家，行为学是你们的老本行”。他本人是个医生，很了解大脑。考虑到他还是个非常有名的神经科学家，假如我们一起做研究，说不定真能做出点儿什么。
我们当时在研究所有一个愿景，事实上，这个愿景自我孩童时期就有，那就是了解大脑的“配方”，破解大脑产生这些高级认知功能的“算法”。但是，我们该从何下手呢？我决定将海马体作为切入点，在我看来，这个切入点还不错。那么，海马体这个大脑结构为什么如此重要？
海马体位于我们的耳后。我们每个人都有两个海马体。这是大脑中最美的结构。它长得很像海马，所以被称为海马体。
上世纪50年代，有一名患者叫亨利·莫莱森，他十分有名。亨利患有癫痫，需要接受一个实验性的外科手术。当时，外科医生切除了他大脑两侧的海马体。术后，亨利的智力功能得到了显著提升，因为他的癫痫已经不再发作了。但是术后，每次他见到主刀的医生或是护士时，都仿佛不认识他们一般，每次去上洗手间或从洗手间回来也都会迷路。
所有的经历对他而言都宛如新生，哪怕他刚刚才见过这个人，才去过洗手间，他也完全不记得。换言之，两边的海马体切除之后，他便再也无法创建新的记忆。除此之外，他也丧失了时间观念，完全不记得事情的发生顺序。
多年来，神经科学家始终在努力破解这位患者带来的谜团。后来，约翰·奥基夫就决定去研究一下海马体的功能，而他，加上爱德华和我也因此于2014年获得了诺贝尔奖。他是怎么做的呢？他在海马体的神经细胞旁边放置了一些小型传感器，并观察了动物在盒子里因追逐巧克力或大米而四处移动时的表现。他仔细倾听了动物每次移动时，电信号发出的声响。
薛院士在演讲中提到了电流，而我们的大脑，或者说大脑中的细胞，也在通过电流和化学机制而相互沟通。
从我现在播放的视频中，大家可以听到大脑活动的声音。视频中的这只老鼠被植入了一些小型传感器，图上出现的每一个红点都代表着活跃的脑细胞。这个砰砰砰的声音于我而言如听仙乐，因为它意味着该脑细胞处于活跃状态。
随着老鼠不断四处跑动，这个细胞活跃区域的红点也变得越来越多。在右边的彩图上，暖色调表明该脑细胞处于活跃状态，而蓝色区域则表明它并未被激活。如果说我们只监测过一个这样的海马体，那其实很难说这个细胞信号到底代表着什么，又是怎样被激活的。但是约翰·奥基夫对不同动物的类似细胞都做过监测，他发现，每一个细胞对自身活跃位置的选择其实都具备一定的倾向性。这就意味着这些细胞会记录下动物所在的位置。而我们人类大脑中也有这样的细胞。
在我们得知了约翰和他的研究成果后，也想学习他的做法，用传感器来记录海马体细胞的声音。约翰是我们的导师佩尔的好朋友。佩尔称，约翰是业内最佳，所以我们应该去师从约翰，学习记录单细胞活跃度的方法。佩尔常说的一句话就是，“你们要想学习新技术，就得去找最好的老师。”通过佩尔的牵线搭桥，约翰给我和爱德华下了邀请函，邀请我们前去他位于伦敦的实验室。我们把两个孩子也带去了。后来，在约翰的亲自指导下，我们也开始用同样的方法来记录活跃的脑细胞。
离开实验室后不久，我们在挪威的特隆赫姆找了两份工作，就职于挪威科技大学。当时我们还有一个谜团没有解开：海马体中的这些空间信息来自于哪里？是如何生成的？我们做了很多对照试验，今天由于时间不多，我就不赘述了，但这些实验让我们意识到，我们还应该再去看看另一个大脑结构，即内嗅皮层。为什么内嗅皮层如此重要？因为海马体依赖于来自内嗅皮层的信息输入。
此前，已经有人对内嗅皮层做过一些研究，并给出了消极的反馈，但我们还是想要亲眼看一看。而在我们着手记录内嗅皮层的细胞活动时，奇迹发生了。大家还记得之前视频中展示的，约翰发现的位置细胞吗？那个细胞只在盒子的左上角活跃。而内嗅皮层中的细胞则完全不一样，因为这些细胞会在多处区域被激活。
比如，这个细胞的位置分布十分规律，就好像在绘制棋盘花纹一样。我想，你们有些人家中的浴室中也用过这样的镶嵌图案吧，十分好看。在这里，我们甚至可以放置等边三角形，因为这个图案十分精准。我们在聊的可是生物学，不是机器绘图，也不是物理，而是生物学，但它竟如此精准！我们在发现这些细胞后大为震惊，于是决定叫它们网格细胞。它们就像是大脑中的坐标系。当我们来回移动时，能够以这些细胞为参考，并帮助海马体中的细胞对位置作出判断。
我还想再给大家介绍一些大脑中的其他细胞。在内嗅皮层中，还有一种对方向感极其重要的细胞——头朝向细胞。它们是我的最爱，每次实验室有记者来采访时，我都会炫耀一番。想象一下我现在手中有个啮齿动物，比如一只小鼠或一只大鼠，假设我们选中一个细胞，当鼠头转到某个特定方向，该细胞就会变得活跃，转向别处时则不会。那么当鼠头转向这里时，细胞就会发出啵啵啵的声响，转向别处则一片安静。
不同的细胞会在不同的方向上被激活。所有的方向都有特定的头朝向细胞来表达。头朝向细胞最初是在纽约，由塔布和兰克于90年代在前下托背部（dorsal presubiculum）中发现的。但我们是在内嗅皮层中发现的。接下来会跟大家聊一聊，为什么头朝向细胞的发现对网格细胞如此重要。
在此之前，我还想补充几句。有一点大家可别忘了，当人们或者动物四处走动时，可能会停下，可能会四处张望，可能会吃点东西，和别人打个招呼等等，所以移动的速度是在不断变化的。那在这种情况下，这些网格细胞又怎么能够做到如此精准的定位，甚至和等边三角形的图案都能完美契合呢？我们的大脑中一定有一个速度信号在不断将信息反馈给网格细胞。
要想验证这一点，我们就必须改变受试动物的移动速度。但和大鼠或小鼠打过交道的人都知道，想要控制它们简直难于登天！要想让一只小鼠一会儿快跑，一会儿慢跑，这怎么可能呢？它们可听不懂人话！解决方法就是，把它们放在一个由小鼠自身控制速度的小车中。此时，就需要用到“摩登原始人小车”。我不知道大家看没看过这个动画片，但这个小车没有引擎，得靠双腿自行驱动。为什么我们需要这样的一辆车呢？因为我们想让小鼠时刻保持清醒，否则的话，我们就没法获得想要的效果了。
大脑中还有一些细胞，它们能够告诉我们物体的远近和方位。比如，假设这里有一个物体，当我与它保持一定的距离和角度时，特定的细胞就会被激活。即便我转过身来，这个细胞依然会发出关于相同距离和方向的信号。即便你移动物体，这些细胞仍会倾向于指向原来的方向和距离。不同的细胞代表着不同的方向和距离。
经过五十多年对大脑结构和海马体的研究后，我们逐一揭露了这些细胞的奥秘。我们还发现，当人们患上痴呆症或阿尔茨海默症时，这些细胞往往是最先受损的。阿尔茨海默症患者的一个早期症状往往是丧失对时间的感知，而且即便是在熟悉的环境中也会迷路，同时，他们也很难形成新的记忆。在寻找痴呆症的病因时，我们需要关注内嗅皮层，并探究这些细胞的死因。如果我们能够解答这个问题，或许就能阻止它们死去。这个研究还远未结束。
这是2014年的事情了。爱德华、我和约翰·奥基夫因为上述细胞的发现而共同荣获了诺奖。我们在瑞典度过了一段开心的时光，如图所示，我们甚至还拜访了瑞典皇室！
如果我们当初投身这个领域的初衷仅仅是为了拿诺奖，那么我们大可以回家睡大觉，不用再继续研究了。但事实并非如此。就像我之前说的，我们这些科学家就像小孩子一样。我们的好奇心丝毫未减，我们依旧充满激情，如同着了魔一般，不断在问问题和寻找答案。
那么，我们现在在研究什么呢？其实，有一点刚刚我一直没提，那就是大脑中存在着超过800亿个神经细胞。这些细胞需要相互交流。到目前为止，我向你们描述的都是单个功能细胞，但最引人入胜的部分是这些细胞如何通过沟通相互配合，从而产生我们的认知功能。
不过问题在于，要想同时记录成千上万个细胞的活动，我们就需要新工具和新技术。这一点可行吗？首先，我们得看看中国。
右图是研究员宗伟健在特隆赫姆的一张照片，他在北京大学获得了博士学位，师从程和平教授（我们亲切地喊他和平）。他们成功将重达500公斤的双光子显微镜缩小到了5克，并使用了一种非常坚固的缆线，这样动物在四处跑动时就不会受到限制。
他来到挪威后，将显微镜的重量减轻到了不到3克，最终的实际重量只有2.6克。而且，他增加了导线的柔软度，让它变得更细，外观也更加精致。我今天也把它带来了现场，这就是伟健自制的那台显微镜。
是不是很小巧？我们之所以执着于尺寸，是因为要想研究大脑中的空间导航和GPS系统，就必须给动物自由探索的空间，否则就无法获取足够精确的数据。要想了解动物的自发行为，就不能将它们束缚在一个笨重的显微镜下，得给它们四处跑动的自由。为了观察内嗅皮层的细胞，伟健在大脑中植入了一个小棱镜，然后将显微镜放置其上。
伟健和我们一同在挪威特隆赫姆完成了这项研究。他使用了基因改造的小鼠作为实验对象。就像刚才那些舞者身上装点的小灯一样，当这些小鼠大脑中的细胞处于活跃状态时，仿佛也有小灯在闪烁。借助伟健研发的MINI2P装置，我们对这些信号进行了研究。通过这种方法，伟健记录下了数百个网格细胞的活动。
现在，我们又可以去研究不同的主题了。今年秋天，约翰·霍普菲尔德荣获了诺贝尔物理学奖。他通过模拟神经元网络中的互联节点，推动了人工智能技术的发展。他的研究也同样能给我们带来参考。
改进后的霍普菲尔德网络暗示了内嗅皮层细胞的协作方法。我们可以借助伟健自制的显微镜来观察不同功能细胞的位置，比如，与网格细胞等其他功能细胞相比，头朝向细胞位于何处？网格细胞又位于哪里？这些细胞又是如何相互交流的？这个项目还在进行中，我无法透露太多信息，因为现在需要保密。但也许很快就可以跟大家分享。
我们实验室还参与开发了另一项技术——神经探针2.0（Neuropixels 2.0）。这是由珍利亚农场研究园区的蒂莫西·哈里斯所领导的一个项目——一个微型脑植入装置。依托这项技术，我们能够同时记录成千上万个细胞的活动，并且时间分辨率高到足以捕捉并区分这些细胞的微小电势变化。
在神经探针的帮助下，细胞协同工作的方式便能清晰呈现。由于它们相互影响，我们能够借助低维技术进行数据分析，揭示这些细胞的放电结构。你猜怎么着？我们竟然在这些分析结果中看到了一个环面！
这是借助UMAP等技术分析细胞活动时产生的结果。这里的每个点都代表细胞活跃的瞬间。由于这些是网格细胞，细胞活动本身就是一种自我循环。由此可见，细胞何时活跃是由多种因素共同决定的。如图所示，环境中的路径与环上的路径具有一致性。
环面有什么特别之处？事实上，即便我们在睡觉，大脑中的GPS系统也会处于工作状态！这一点为何值得探究？这张幻灯片上是我的孙子和孙女。之所以给大家看这么可爱的宝宝，是因为大脑GPS中的环面结构能够帮助我们回答哲学家几百年前提出的一个问题。他们始终想要探明：我们是生来就具备感知世界的能力，还是我们的大脑出生时只是一块白板，所有的东西都靠后天习得？伊曼努尔·康德指出：“我们生下来就具备感知时间和空间的能力。”
有了上述实验方法，如今我们便能去探寻问题的答案。我们可以去研究那些非常小的动物，甚至是不能移动，成天睡觉的小婴儿，并在它们身上验证GPS的环面和网格细胞是否存在。当然，由于这是一项正在进行中的研究，我也不能说太多。但是这项研究非常有意思，大家可以拭目以待。
在演讲的最后，除了感谢大家之外，我还希望大家能够记住两条信息。我们的实验室中有这样一条标语，那就是“勇攀科学高峰，保持身心愉快，善待实验动物，倡导多元发展。”在座的各位都有好奇心，都有一堆精彩绝伦的问题，有激情，有才华，还手握前沿技术，唯一需要的便是合作。最后我想说的是，如果各位还记得海马体长什么样，那说明大家的大脑十分健康；我也希望大家常怀感恩，感谢我们神奇的大脑。谢谢大家的聆听！