两个小镇青年,婚后一起揽获诺奖!这对夫妇诠释了真正的科学浪漫

▎药明康德内容团队编辑

编者按

还有半个月,万众瞩目的诺贝尔奖就将陆续揭晓各个奖项的得主。与往年一样,药明康德内容团队也将第一时间为读者朋友们报道诺奖的进展。现在,让我们一道回顾过去一些过往诺贝尔奖获得者的故事,共同品味人与科学的魅力。

两个小镇青年的科学缘分

在挪威西南海岸的一个小岛上,有着一个名为Fosnavåg小镇,在梅-布里特·莫泽(May-britt Moser)眼中,这里是挪威最美的地方之一。1963年,梅-布里特在这个人口不过三千的小镇上出生,她的父母拥有一个小农场,相较于与人相处,梅-布里特小时候更多是与农场里的动物相伴。

到了上学阶段,梅-布里特也并非是班里成绩顶尖的学生,就如同我们小时候会被父母警告“不好好学习,将来就要去捡垃圾”一样,梅-布里特的母亲也曾告诉她,不努力学习最后只能去做家政,这让她吓坏了,因此也更加专注学习。

▲梅-布里特出生的小镇 (图片来源: Wikipedia,Copyrighted free use)

在自身的努力下,梅-布里特考上了挪威的顶尖学府奥斯陆大学。在自传描述中,梅-布里特回忆起自己在奥斯陆繁华的卡尔·约翰斯大道上的一幕,她和朋友遇见了爱德华·莫泽(Edvard Moser),也就是后来自己的恋人与丈夫。她当时一眼就认出了爱德华,那个和自己一个高中的聪明学生。当她得知爱德华也会来奥斯陆大学学习的时候,她热情地邀请爱德华到时带他一起参观下校园,爱德华答应了。

就爱德华的经历来说,梅-布里特的印象是极其准确的。出生在挪威西海岸另一个岛屿的爱德华从小就对科学感兴趣,无论是地质学、气象学还是古生物的书籍,他都喜欢阅读。除了体育成绩不好之外,他所有的学科基本都是名列前茅的。在爱德华心中,他知道自己肯定是要成为一名科学家的,只是不知道具体是哪一类科学家。

爱德华很清楚记得自己在高中就遇见了梅-布里特,他还记得自己与梅-布里特一起上过数学、物理和化学课,但由于高中的圈子通常是由岛屿来划分的,他们俩其实并没有太多的互动。当时,由于冷战的存在,爱德华高中毕业后被迫去服兵役,当他再回到奥斯陆已经是一年半之后的事情了。

不过,爱德华同样记得那一天,在卡尔·约翰斯大街与梅-布里特的重逢,在自传中他同样描述了梅-布里特主动提出带自己参观大学的画面,期间他们谈论了很多话题,大部分都是有关对学科的迷茫。

▲1986年, 梅-布里特与爱德华在厄瓜多尔 (图片来源: 参考资料[2], Credit:The Nobel Foundation)

他们在交谈中敞开了彼此的心扉,并最后都选择了心理学课程,两人都想要了解人类最神秘的器官——大脑。他们在之后的学期里,进入了实验室研究小鼠的行为,例如过度活跃与多动症。期间,两人的关系逐渐从志趣相投的朋友变成了恋人。在一次前往乞力马扎罗山的旅行中,梅-布里特与爱德华在山顶上决定订婚了。一年之后,他们便迅速步入了婚姻殿堂。

探索空间定位的奥秘

回到实验室这边,梅-布里特与爱德华遇到了第一个挑战,他们想加入神经科学家佩尔·安德森(Per Andersen)的小组,但对方给了两人一个要求。佩尔需要他们设计出一个可以用于追踪小鼠记忆行为的水迷宫,其中要有水泵可以给直径2米的水池中注水和排水,另外为了保持合适的浑浊条件,他们需要给水里加入牛奶。为了小鼠可以自由游行寻找隐匿的平台,水温需要保持在25℃。这意味着他们每天都需要给水池换水,否则发酵的味道可能会熏倒整个实验室。

两人白天上课,晚上就在实验室建造水迷宫。但努力并不会白费,这些工作为他们在多年之后获得诺奖奠定了基础。

借助水迷宫实验,他们确认了哪一类小鼠更适合进行记忆任务,哪一类小鼠更容易进行追踪。在追踪实验中,他们发现小鼠背侧海马体出现病变时,小鼠会失去学习能力,无法在水迷宫中完成空间导航,但如果是腹侧海马体病变,那么小鼠的空间学习和记忆功能则不会受到影响。

这是他们第一次在自己的实验中见证了特定脑区与空间识别联系到了一起,这些结果也成为了硕士学位论文的一部分。在后续的博士研究中,梅-布里特与爱德华继续借助水迷宫探索空间记忆有关的神经机制。他们确认生活在复杂环境中的小鼠,可以更快地记住水迷宫中的隐藏平台。数年间,两人在期刊上发表了多篇介绍海马体背侧与腹侧具有功能差异的成果。

基于这些发现,他们先后被邀请前往了爱丁堡和伦敦进行深造,在伦敦大学学院,他们遇到了空间位置神经机制领域的顶级科学家约翰·欧基夫(John O' Keefe),约翰曾在记录海马体单个神经元信号的时候发现了一些特殊的神经细胞,它们会在小鼠处于特定位置的时候被激活,就好像指示了小鼠所处地点一样。因此约翰将其称作“位置细胞”(place cell),我们大脑中对地点的记忆就依赖这部分细胞实现。

▲ 2014年的诺贝尔生理学或医学奖授予了约翰·欧基夫、梅-布里特 ·莫泽与爱德华·莫泽三位科学家,表彰他们对大脑中定位系统的贡献 (图片来源: 研究团队提供)

梅-布里特与爱德华在约翰的实验室学习了如何巧妙地记录单个神经细胞的信号,这也给后面他们发现另一类指示空间位置的细胞,奠定了关键基础。

一种指示空间位置的新细胞

从英国返回挪威后,挪威科技大学破例给两人都提供了一个职位,他们作为夫妻共同创建了一个新的实验室。但新的实验室只是在防空洞中的一个房间,里面什么都没有,一切都要从头再来,他们需要重新购买构建水迷宫的材料,同时还需要订购约翰实验室中那些用于记录神经细胞信号的设备。

一直到一年半后,实验室才初具雏形,到第三年,他们才招到第一个学生。他们在约翰的发现基础上,想继续知道位置细胞从哪里来,它的功能基础又是哪里。为此,他们尝试阻断了位置细胞所在的海马体相关脑区的信号,但是实验设备仍然可以收集到空间相关的信号。

这说明这些细胞具有上游信号输出的地方,并且它们仍然处于活跃状态。梅-布里特与爱德华确定这些信号来自一个大家很少关注的地方——内嗅皮层。在这里,一种特殊的细胞类型同样会在小鼠经过不同位置被激活,但与位置细胞只对某一个地点有信号不同,这种新类型细胞放电的位置有着精准规则,会形成明显的六边形结构。而每一个六边形结构,像瓦片一样铺开,就像一张网格,梅-布里特与爱德华将它们取名作为网格细胞。

▲ 约翰发现了位置细胞,梅-布里特与爱德华发现了网格细胞 (图片来源: 参考资料[1])

网格细胞就好似地图上的一个个坐标,可以告诉大脑我们在空间中的坐标位置,以及提示我们位置之间的距离,这就好比在熟悉的环境下,突然停电失去了视觉,我们也能大概摸索到想去的地方。

▲网格细胞有着特殊的放电规则 (图片来源: 参考资料[3])

网格细胞的出现,让我们找到了空间导航中的另一块拼图,正是因为网格细胞与位置细胞的存在,我们才能够判断所处的空间位置与目标。在后续的研究中,莫泽夫妇还发现了另一种内嗅皮层类型,这些细胞会在小鼠处于环境边缘的时候放电,因此也被称作边界细胞。 随着成果不断涌现,实验室也从当初的防空洞临时房间搬到了全新的挪威脑科学中心。

在2016年,也就是两人获得了诺贝尔奖2年后,他们宣布了离婚的消息。不过,两人仍然在学术上保持着紧密的联系。他们一共培养了两个女儿,并且小时候时常带着她们在实验室与大自然中探索。在爱德华的自传描述中,这是一份比诺贝尔奖还要更珍贵的礼物。

参考资料:

[1] The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2014. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2023. Retrieved 15 Sep 2023 from https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2014/summary/

[2] Edvard Moser – Biographical. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2023. Retrieved 15 Sep 2023 from https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2014/edvard-moser/biographical/

[3] May-Britt Moser – Biographical. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2023. Retrieved 15 Sep 2023 from https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2014/may-britt-moser/biographical/

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