2014年诺贝尔生理医学奖获得者科研方法初探

2014年诺贝尔生理医学奖获得者科研方法初探

毛昕菁张洪雷

毛昕菁张洪雷

（南京中医药大学第一临床医学院；南京中医药大学人文与政治教育学院江苏南京210023）

【摘要】约翰?奥基夫、梅?布里特?莫泽和爱德华?莫泽获得了2014年诺贝尔生理学或医学奖。系统探讨他们的科学研究经历，归纳总结他们的科学研究方法：传习继承法、创新思维法、实验验证法、多学科交叉法。他们的科研方法对提高我们中医院校大学生的创新思维和创新能力具有重要的参考价值。

【关键词】诺贝尔生理医学奖约翰?奥基夫位置细胞科研方法

【中图分类号】R39【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2014）22-0119-02

一、前言

2014年10月6日17:30，2014年诺贝尔生理学或医学奖的评选结果在斯德哥尔摩宣布，爱尔兰裔美国暨英国籍神经科学家约翰?奥基夫、挪威的心理学家、神经科学家梅?布里特?莫泽和爱德华?莫泽被授予诺奖，以表彰他们发现大脑定位系统细胞的研究。20世纪70年代，奥基夫于小鼠大脑的海马体区域发现了一种特殊的神经细胞，他将其命名为“位置细胞”。海马体，顾名思义，是形状与海马相似的大脑的一个组成部分，具有负责人们记忆和学习的功能。一直以来，科学家们通过不懈的探索，发现了它在储存记忆方面的作用，而奥基夫创新性地发现了它在空间定位方面的作用。同时奥基夫的研究也使莫泽夫妇受到启发，莫泽夫妇发现了存在于内嗅皮层的网格细胞，稳定的网格结构有助于大脑形成空间动态，动物的大脑中确实存在着类似于空间坐标系的建立机制。奥基夫、莫泽夫妇以及其它领域的科学家很快建立起一套全新的理论模型，并不同于导向细胞之间的相互协作，它为人们深入理解学习记忆机制与诊断脑功能障碍的相关病症带来了福音。

二、约翰?奥基夫与莫泽夫妇的科研方法

1.继承：站在前人的肩膀上

我们身处何处？我们从哪里来？又该往哪里去？关于地点位置和导航的问题一直是困扰着人们的大谜团。早在200多年前，德国哲学家康德就认为时间和空间是感性的先天形式，即时间和空间是作为认识主体的人先天具有的感知世界的认识形式和工具。“上世纪30～40年代，全球认知心理领域顶级专家Lashley从心理学角度对空间认知进行了解释，提出了“刺激反应模型”，然而几年后很快被一系列的动物实验推翻了。1948年，爱德华?托尔曼提出了“认知地图”的概念，此假说在1957年首次被世界上首个切除双侧海马脑区以治疗严重癫痫的病例证实，患者术后失去了形成新的长时间记忆的能力，空间认知也出现了障碍，这些变化证实了“认知地图”可能存在于海马脑区。”[1]20世纪60年代晚期，约翰?奥基夫接触了这一领域，通过对前有理论的学习研究，他试图用神经生理学的方式来解决大脑如何控制行为和决策这一问题，并在1971年提出了海马区的位置细胞概念。

莫泽夫妇一直致力于脑机理的研究，在他们完成博士答辩前，奥基夫在伦敦的实验室向他们抛出了橄榄枝，邀请他们担任实验室的博士后研究职位。他们师从奥基夫，刻苦研究认知心理学这一领域的已有成果并谋求创新。他们发现认知心理学到现在分为三个阶段，早期的信息加工心理学，信息加工过程类似于计算机的加工方式，感受器使神经输入，效应器使知觉接收，处理器使思维编码整理，记忆装置使记忆贮存，操作显示使提取输出；中期的实验认知心理学以信息加工为基础，强调知识在人的行为和认识活动上的决定性作用；新兴的认知神经科学，从认知活动的脑机制入手，研究智能的本质与意识的起源，而他们的导师奥基夫则是此领域的鼻祖。莫泽夫妇继承了信息加工心理学和实验认知心理学，着手于神经生理学的研究，试图找到人类认知能力的生理基础。在研究中，他们沿用奥基夫的老鼠密闭空间实验，发现了处于内嗅皮层的格细胞，老鼠活跃的特定位置连起来是一个正六角形，这也证明了格细胞在感应方位和距离方面的作用，人脑亦是如此。莫泽夫妇站在前人的肩膀之上，取得了重大的研究成果。

2.创新：突破常规

在1957年“认知地图”被证实后，全球的神经科学家几乎都在把电极放在小鼠的海马区域，探索这一区域如何编码空间记忆。他们的方法大同小异，先找一个小箱子，然后把老鼠放进去，不断进行光、电、热等刺激，试图找出与刺激相对应的神经元改变。[1]然而与这些科学家不同，奥基夫既没有完全依赖于新兴技术进行研究，也没有完全依循他们的研究思路。而是另辟蹊径，依靠首创的合理记录动物自由活动的技术。“他与他的研究团队在大鼠的海马中植入了一个记录电极，然后将大鼠放置在一个空旷的房间里自由活动。他们发现，大鼠每经过一个特定区域，一个海马神经元（位置细胞）就会开始发放动作电位，与此同时，记录神经元放电的设备闪烁灯光，并发出“呲呲”的放电声音。这说明只有当大鼠处在特定的位置上时，特定的位置细胞才会活跃。大鼠通过各种感官从环境中获取外界的特征信息，而位置细胞则能够和海马中其它的细胞合作，将那些输入的特征信息与过往记录到的不同位置的特征信息加以比对。一旦信息能够匹配上，与那个位置相对应的特定位置细胞就会变得活跃。通过这种方法，我们的大脑能够将特定的特征信息与特定的空间位置联系起来，形成了空间位置记忆。”[2]

创新是科学房屋的生命力，奥基夫没有因循守旧，而是解除了从众思维、封闭性思维和惯性思维，展开创造性思维，大胆创新，发现了空间位置细胞的存在。

创新对于社会和国家来说具有重大意义，创新作为源头活水，是一个民族进步的灵魂，一个国家兴旺发达的不竭动力。从新中国到现在，中国进行了经济、政治、科技、教育等各个方面的创新。邓小平改革开放的春风吹遍华夏神州，让中国人民富起来了。在经济上对内分为农村和城市的改革，为提高农民积极性在农村实行家庭联产承包责任制，为扩大企业自主权在城市实行政企分离。对外开放秉持着平等互利的原则，大力推进从经济特区到沿海开放城市到沿海经济开放区到内地格局的形成。在政治方面，废除了干部职务终身制，推进基层群众自治组织，致力于民主政治的制度建设。在教育科技上，恢复了高考制度，平反冤假错案，实施国家科技发展计划。在一系列的创新制度下，我国经济实现了持续快速的增长，民生改善，生活水平提高，总体进入小康水平，教育事业稳步发展，科技事业不断创新，法制观念不断增强，文化体育繁荣发展。创新的中国模式展现了它强大的生命力和光明的发展前景。在此之后，江泽民提出了“一个没有创新能力的民族，难以屹立于世界先进民族之林。”胡锦涛也多次强调“要全力建设创新型国家，要坚定不移地走中国特色的自主创新道路，到2020年中国要成为创新型国家。”在党的十八大报告中，“创新”出现了40次，频率远远超过了其它热门词汇。大量的事实证明，不变革创新就会变得僵化。在科研中，我们更需要创新的精神和创新的措施，不能固步自封，死守教条的土壤永远无法孕育出科研之花。

3.实验验证法

科学的灵感，并非天上掉馅饼那样容易。在发现位置细胞后，奥基夫并没有浅尝辄止，而是对这类细胞做了更深入的研究。他与团队进行了大量的实验，他们发现空间记忆可以随时间遗忘也可以通过训练加强，同时具有随环境改变的可塑性。1978年，由奥基夫与LynnNadel合作编著的《海马是一个认知地图》面世，在书中，他们将海马比喻为一种内在的全球定位系统，第一次对海马脑区和空间认知行为机制进行了完整系统的阐述。此书成就了他们在这一领域的地位，然而奥基夫并没有就此满足，他继续进行了大量科学系统的实验，在90年代，他又提出了一系列假说，提出在大脑的某个部位，也许有一些其他类型的神经元存在，不但能对方向和距离进行编码，而且能够同时编码距离和边界。

奥基夫及莫泽夫妇多用的实验验证法是百年来最经典、沿用不息的方法。科学实验作为人类最基本的实践活动形式之一，是一个系统的运动形式。实验方法能更好地发挥人的主观能动性，能证明客观必然性，渗透着理论，它所揭示的科学事实具有可重复性。科学实验是一种经济可靠的认识和变革自然的方法，它可以简化和纯化研究对象、强化研究对象、使客体对象的属性及其变化过程重复出现、模拟研究对象的运动过程从而认识对象的性质、检验假说和理论的真理性。[3]

纽拉特曾说过：“科学家就像水手，他们必须在茫茫无际的大海里修理他们的轮船。他们没有码头可以停靠。在修理过程中，船上的每一块板材都是可以抛弃的，但不能同时抛弃所有的板材。”每一门科学都曾遭过排斥，奥基夫的科研之路也不例外，充满了外界的质疑。1999年，一位美国科学家提出了与奥基夫完全相悖的理论，即海马脑区与嗅觉相关，奥基夫没有接受或者否定，而是选择相信客观的实验结果。他指导学生采取与美国科学家相同的方法，重复进行了实验，得出了与报道不符的结果并把此研究成果公开发表。[1]在研究过程中，奥基夫分清楚了主次矛盾，没有对自己的成果产生怀疑，也没有盲目自大目空一切。

实践是检验真理的唯一标准，没有实践支撑的理论无异于空中楼阁。奥基夫没有完全沉醉于超前的理论，而是善于抓住主要矛盾，有目的地进行反复实验，坚持全面性、系统性、客观性原则。不唯上，不唯书，只唯实。

4.多学科交叉法

奥基夫是美国精神健康研究院的教授和伦敦皇家自然知识促进学会及英国医学科学院的成员，在获得诺贝尔奖后，他凭借着神经科学家这一身份被人们广为熟知。但他的成功并不仅仅建立在对神经科学领域的研究上，它广博的知识面、兴趣丰富的涉猎也是促成它成功的要素。

他在学校时一直攻读古典文学，在大学期间攻读航空学，并修习了哲学和心理学，古典文学、航空学、哲学、心理学这几个看似与神经科学毫无关联的学科，其实也有着千丝万缕的关系。培根在《谈读书》中指出，读史使人明智，读诗使人灵秀，数学使人周密，哲理使人深刻，伦理学使人庄重，逻辑修辞之学使人善辩。不同学科的知识理论在大脑中碰撞互动，擦出了思想的火花。不同的学科有一套属于自己的独特思维逻辑与方法，多种思维方法的交叉、融合、渗透，能帮助创新性成果的产生。单个学科无法解决的问题，利用其它领域的研究方法和研究问题的重新组合，往往能得到不一样的思路。有人说，科学来源于一刹那的灵感，但是若没有深入的研究和广博的知识面，灵感又从何而来。

现在中国社会发展如踩上了风火轮，大步地向前进，多学科、高素质的人才越来越受到青睐，多学科交叉法作为一种新兴方法，值得我们学习和采纳。

三、结语

奥基夫与莫泽夫妇的研究成果开启了人类对记忆、思考等认知过程理解的新纪元，神经学科是一门年轻的学科，一门复杂的学科，也是最具突破前景的科学领域，正等待着人们更多的探索与发现。深思奥基夫与莫泽夫妇的科研之路，理论与实践相结合，综合运用传习继承、创新开拓、实验验证、多学科交叉等方法，这对我们的学习和工作具有借鉴意义。

中国现在的应试教育是一种畸形现象，它采用机械化的教育方式，完全以应付升学考试为目的，与素质教育背道而驰。这种教育之下的学生往往只重视成绩，忽略了综合素质的培养，没有创造性和想象力。而创新性人才的不足不仅导致思维体系的僵化，更难以满足中国社会的快速发展。同时急功近利的思想更影响了学生们的科研态度，学生们被“名”、“利”二字迷惑心智，无法再静下心来认认真真、踏踏实实地搞科研，因应试教育所固化的思维难以转弯，一味迷信权威，不敢提出自己的观点。老一辈的科学家隐退之后，没有新鲜血液的补给，造成了文化的断层。不能加快从应试教育到素质教育的转变，创新性精神就无法在中国各地迅速生长起来。

骐骥一跃，不能十步；驽马十驾，功在不舍。科研之路曼曼修远兮，希望与各位同仁一起上下而求索，让中国的科研事业大放异彩。

参考文献

[1]参考自http://www.edu.cn/zui_jin_geng_xin_1169/20141009/t20141009_1183526_1.shtml

[2]参考自http://www.edu.cn/zui_jin_geng_xin_1169/20141009/t20141009_1183547.shtml

[3]参考自张宗明，《自然辩证法概论》，人民出版社，2009年版，第102页