11月3日，2024腾讯科学WE大会正式召开。国家最高科学技术奖获得者、诺贝尔奖获得者等五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、脑GPS、器官芯片等领域的前沿探索和突破。
会议原版双语字幕视频和嘉宾演讲全文将陆续发布。欢迎观看！
2014年诺贝尔生理学或医学奖获得者梅-布里特·莫泽是大脑“GPS”系统的发现者之一。在本次WE会议上，她揭示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、了解自己在空间中的位置以及监控运动。速度、感知边界等。她的研究成果不仅揭示了人脑处理空间信息的方式，还为阿尔茨海默病等疾病的治疗提供了见解。
以下为May-Britt Moser演讲视频回顾：
以下为May-Britt Moser演讲全文：
大家好。尊敬的观众朋友们，非常荣幸受邀参加腾讯科学WE大会。非常感谢主办方的精心安排。尤其是这个舞蹈对我来说——它让我流泪，它是如此美丽。
中国，无论是作为一个国家还是作为一个民族，都是美丽的。
我很高兴借此机会与大家分享我职业生涯中的一些转折点。什么对我来说最重要？答案是大脑——所有人类都拥有的位于头骨内的器官。它神奇而微妙——没有大脑，就不会有我们。
这就是为什么我对大脑如何工作如此好奇。我也衷心希望，在今天的会议上，我们能够共同加深对大脑的认识，揭开大脑的奥秘。
科学往往始于童年。每一项科学研究的背后都有一个充满好奇心、喜欢提问的孩子，我也不例外。作为一名科学家，我感到非常幸运能够在工作中继续保持这种好奇心和热情。
我职业生涯的转折点之一是与爱德华·莫泽的会面和共事。后来我们也成功成为奥斯陆医学教授Per 的学生。他对我们说：“你们两个都是心理学家，行为科学是你们的老专业。”他本身就是一名医生，对大脑了解很多。考虑到他也是一位非常著名的神经科学家，如果我们一起做研究，也许我们真的可以做点什么。
我们在研究所有一个愿景，这是我从小就有的愿景，那就是了解大脑的“配方”并破译大脑产生这些高级认知功能的“算法”。但我们从哪里开始呢？我决定用海马体作为切入点，在我看来这是一个很好的切入点。那么为什么大脑结构海马体如此重要呢？
海马体位于我们的耳朵后面。我们每个人都有两个海马体。这是大脑中最美丽的结构。它的形状像海马，所以被称为海马体。
20世纪50年代，有一位名叫亨利·莫莱森的病人，非常有名。亨利患有癫痫症，需要进行实验性外科手术。当时，外科医生切除了他大脑两侧的海马体。手术后，亨利的智力功能显着改善，癫痫病已不再发作。但手术后，每次见到外科医生或护士，他都好像不认识他们。每次他去洗手间或从洗手间回来时，他都会迷路。
所有的经历对他来说就像是新的生活。哪怕是刚刚认识这个人，去洗手间，他也完全不记得了。也就是说，切除两个海马体后，他就无法再创造新的记忆了。此外，他还失去了时间观念，记不清事情的先后顺序。
多年来，神经科学家一直在努力解开患者的谜团。后来，约翰·奥基夫决定研究海马体的功能，他、爱德华和我因此获得了2014年的诺贝尔奖。他是怎么做到的？他在海马体的神经细胞旁边放置了小型传感器，观察动物在盒子里移动追逐巧克力或大米时的表现。每次动物移动时，他都会仔细聆听电信号的声音。
薛院士在演讲中提到了电流，我们的大脑，或者说大脑中的细胞，也是通过电流和化学机制相互沟通的。
在我现在播放的视频中，你可以听到大脑活动的声音。视频中的老鼠被植入了一些小传感器，图片上的每个红点代表一个活跃的脑细胞。这种重击声对我来说就像音乐，因为它意味着脑细胞活跃。
随着小鼠继续移动，细胞活跃的区域变得越来越红。在右侧的彩色图像中，暖色调表示脑细胞处于活跃状态，而蓝色区域表示其未激活。如果我们只监测一个这样的海马体，实际上很难说这个细胞信号代表什么以及它是如何被激活的。但约翰·奥基夫（John O'Keefe）监测了不同动物体内的类似细胞，他发现每个细胞实际上都有一定的倾向选择其活跃位置。这意味着这些细胞记录了动物的位置。我们人类的大脑中也有这样的细胞。
当我们了解了John和他的研究成果后，我们也想学习他的方法，利用传感器来记录海马细胞的声音。约翰是我们导师佩尔的好朋友。佩尔说约翰是业内最优秀的，所以我们应该向约翰学习，学习如何记录单细胞的活动。佩尔常说的是，“如果你想学习新技术，你就必须找到最好的老师”。通过佩尔的牵线搭桥，约翰向我和爱德华发出了邀请函，邀请我们去他在伦敦的酒店。的实验室。我们带着我们的两个孩子。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，我们在挪威特隆赫姆的挪威科技大学找到了两份工作。当时我们还有一个未解之谜：海马体的这些空间信息从何而来？它是如何生成的？我们做了很多对照实验，今天我不会详细介绍，因为我们没有太多时间，但这些实验让我们意识到我们还应该看看另一个大脑结构，那就是内嗅皮层。为什么内嗅皮层如此重要？因为海马体依赖于内嗅皮层的输入。
之前有一些关于内嗅皮层的研究，有负面反馈，但我们想亲眼看看。但当我们开始记录内嗅皮层的细胞活动时，神奇的事情发生了。你还记得上一个视频中约翰发现的位置细胞吗？该单元格仅在框的左上角处于活动状态。内嗅皮层的细胞完全不同，因为它们在多个区域被激活。
比如这个cell的位置分布就非常有规律，就好像它在画一个棋盘图案一样。我想你们中的一些人在家里的浴室里使用过这种马赛克图案。它们非常美丽。在这里我们甚至可以放置等边三角形，因为图案非常精确。我们说的是生物学，不是机器制图，也不是物理学，而是生物学，但它是如此准确！当我们发现这些细胞时，我们非常震惊，因此我们决定将它们称为网格细胞。它们就像大脑中的坐标系。当我们来回移动时，我们使用这些细胞作为参考，帮助海马体中的细胞做出位置判断。
我还想告诉你有关大脑中其他一些细胞的信息。在内嗅皮层中，还有一类对于方向感极其重要的细胞——头部定向细胞。它们是我的最爱，每次记者来到实验室时我都会炫耀它们。想象一下我手里有一只啮齿动物，比如老鼠。假设我们选择一个单元格。当老鼠的头部转向特定方向时，细胞就会变得活跃，但当它转向其他方向时，细胞就会变得活跃。会议。那么当老鼠头转动到这里的时候，细胞就会发出爆裂的声音，转动到别处的时候，就会安静下来。
不同的细胞在不同的方向上被激活。所有方向均由特定的面向头部的细胞表达。头部定向细胞最初由 Tubb 和 Rank 于 20 世纪 90 年代在纽约发现，位于前下托的背部 ( )。但我们在内嗅皮层发现了它。接下来我就和大家聊聊为什么头向细胞的发现对于网格细胞来说如此重要。
在此之前，我想补充几句话。大家不应该忘记的一件事是，当人或动物四处移动时，他们可能会停下来、环顾四周、吃东西、向别人打招呼等，因此移动的速度是不断变化的。既然如此，这些网格单元如何能够实现如此精准的定位，甚至完美契合等边三角形图案呢？我们的大脑中一定有一个速度信号不断地将信息反馈回网格细胞。
为了测试这一点，我们必须改变动物移动的速度。但任何与老鼠打过交道的人都知道，控制它们是非常困难的！怎么可能让老鼠一会儿快跑一会儿慢跑呢？他们听不懂人类的语言！解决方案是将它们放在汽车中，其速度由鼠标本身控制。这时候就需要使用“打火石车”了。不知道大家有没有看过这部动画片，这辆车没有发动机，要靠腿自己驱动。为什么我们需要这样的车？因为我们希望小鼠始终保持清醒状态，否则达不到我们想要的效果。
我们把实验鼠标放在这辆车上，让它自由奔跑，我们通过电脑控制小车的速度。在我们的实验中，我们发现当实验小鼠移动得更快时，内嗅皮层的细胞变得更加活跃。右图显示 X 轴上的大鼠速度与 Y 轴上的细胞活性之间的线性关系。显然，两者之间存在正相关关系。当然，老鼠在正常生活中是不会开车的。因此，我们还检查了当小鼠正常移动时这种关系是否成立，结果确实如此。
大脑中还有其他类型的细胞，它们一起形成具有不同功能的细胞群落。比如边界细胞，它们的作用是什么？我们需要边界细胞吗？答案是“是的！”昨天排练的时候，工作人员告诉我：“请不要越过舞台上划的线，否则可能会摔倒。”现在，我大脑中的边界细胞（噗-噗噗）正在向我发送有关环境边界的信息。正如你所看到的，ppt上的图片显示，在实验室环境中，这个边界单元在靠近东墙的地方更加活跃。不同的边界细胞有不同的偏好，并会根据自己选择的独特环境边界发出信号。
大脑中还有一些细胞可以告诉我们物体的距离和方向。例如，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。即使我转身，细胞仍然会发送大约相同距离和方向的信号。即使你移动物体，细胞仍然倾向于指向原来的方向和距离。不同的单元格代表不同的方向和距离。
经过五十多年对大脑结构和海马体的研究，我们一一揭开了这些细胞的奥秘。我们还发现，当人们患上痴呆症或阿尔茨海默病时，这些细胞往往最先受到损害。阿尔茨海默病的早期症状之一是人们经常失去时间感，即使在熟悉的环境中也会迷路。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索这些细胞死亡的原因。如果我们能回答这个问题，我们也许就能阻止他们死亡。研究还远未结束。
那是在 2014 年。爱德华、约翰·奥基夫和我因发现这些细胞而分享了诺贝尔奖。我们在瑞典度过了愉快的时光，如图所示，我们甚至还参观了瑞典皇室！
如果我们加入这个领域的初衷只是为了获得诺贝尔奖，那我们就可以回家睡觉了，不用继续研究了。但事实并非如此。就像我之前说过的，我们科学家就像小孩子。我们的好奇心丝毫没有减弱，我们依然充满激情，像着了魔的人一样，不断地提出问题，寻找答案。
那么，我们现在在研究什么呢？其实，我刚才没有提到的一件事是，大脑中有超过800亿个神经细胞。这些细胞需要相互通信。到目前为止，我向您描述的都是单个功能细胞，但最令人着迷的部分是这些细胞如何通过通信协同工作以产生我们的认知功能。
但问题是，要同时记录数千个细胞的活动，我们需要新工具和新技术。这可能吗？首先，我们得看看中国。
右图为宗伟健研究员在特隆赫姆的照片。他于北京大学获得博士学位，师从程和平教授（我们亲切地称他为和平）。他们设法将重 500 公斤的双光子显微镜缩小到 5 克，并使用非常坚固的电缆，使动物在奔跑时不受限制。
他来到挪威后，将显微镜的重量减至3克以下，最终实际重量仅为2.6克。此外，他还增加了线材的柔软度，使其更细、外观更精致。我今天也把它带到了网站上。这是魏健制作的显微镜。
是不是非常紧凑呢？我们之所以痴迷于尺寸，是因为如果想要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，否则将无法获得足够准确的数据。如果你想了解动物的自发行为，你就无法将它们限制在笨重的显微镜下。你必须给他们自由奔跑的机会。为了观察内嗅皮层的细胞，魏健在大脑中植入了一个小棱镜，然后在其顶部放置了一个显微镜。
魏健与我们一起在挪威特隆赫姆完成了这项研究。他使用转基因小鼠作为实验对象。就像舞者身上的小灯一样，当这些老鼠大脑中的细胞活跃时，小灯似乎在闪烁。在伟健开发的设备的帮助下，我们研究了这些信号。就这样，伟健记录了数百个网格细胞的活动。
现在，我们可以再去研究不同的课题了。今年秋天，约翰·霍普菲尔德获得了诺贝尔物理学奖。他通过模拟神经网络中的互连节点推动了人工智能技术的发展。他的研究也可以给我们带来参考。
修改后的霍普菲尔德网络提出了一种内嗅皮层细胞的合作方法。我们可以用伟健自制的显微镜来观察不同功能细胞的位置。例如，与其他功能细胞（例如网格细胞）相比，头部导向细胞在哪里？网格单元位于哪里？这些细胞如何相互通讯？这个项目仍在进行中，我不能透露太多信息，因为现在需要保密。但也许我很快就能与你分享。
我们实验室还参与了另一项技术的开发—— Probe 2.0（2.0）。这是由珍妮莉亚农场研究园的蒂莫西·哈里斯领导的一个项目——一个微型大脑植入物。通过这项技术，我们可以同时记录数千个细胞的活动，其时间分辨率足以捕捉和区分这些细胞的微小电位变化。
在神经探针的帮助下，可以清楚地揭示细胞协同工作的方式。由于它们相互作用，我们能够使用低维技术进行数据分析来揭示这些细胞的放电结构。你猜怎么着？我们实际上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的结果。这里的每个点代表细胞活跃的时刻。由于这些是网格细胞，细胞活动本身是一个自我循环的循环。可见，细胞何时活跃是由多种因素决定的。如图所示，环境中的路径与环上的路径一致。
环面有什么特别之处？事实上，即使我们在睡觉时，我们大脑中的 GPS 系统仍然在工作！为什么这值得探索？这张幻灯片上有我的孙子和孙女。我之所以给大家展示这么可爱的宝宝，是因为大脑GPS中的环面结构可以帮助我们回答几百年前哲学家提出的一个问题。他们总是想知道：我们是否生来就有感知世界的能力，或者我们的大脑在出生时只是一张白板，一切都是后天习得的？伊曼努尔·康德指出：“我们生来就有感知时间和空间的能力。”
通过以上的实验方法，我们现在可以探索问题的答案了。我们可以研究非常小的动物，甚至是不能活动和整天睡觉的婴儿，并验证它们体内是否存在GPS环面和网格细胞。当然，由于这是一项正在进行的研究，我不能说太多。但这个研究很有趣，大家可以拭目以待。
演讲最后，除了感谢大家之外，还希望大家记住两句话。我们实验室有这样一个口号，那就是“攀登科学高峰，保持身心愉悦，善待实验动物，倡导多元化发展”。这里的每个人都充满好奇，有很多精彩的问题，并且充满热情。有了人才，有了尖端技术，唯一需要的就是合作。最后我想说的是，如果你还记得海马体是什么样子，说明你的大脑非常健康；我也希望你永远感激我们惊人的大脑。谢谢大家的聆听！
