梅根·霍爾：當你放飛一隻信鴿時，它是如何知道回家的路的？我們如何在城市街道上導航而不迷路？約翰·奧基夫發現了大腦中幫助動物和人類知道自己在空間中的位置的細胞。
2014年，他因其在揭示大腦中處理記憶和學習的特殊網路方面的工作，與布倫達·米爾納和馬庫斯·賴希爾共同分享了卡弗裡神經科學獎。同年，他還獲得了諾貝爾獎。
《大眾科學》定製媒體與卡弗裡獎合作，與約翰討論了他的研究和該領域的未來。
霍爾：如果可以的話，約翰·奧基夫會永遠呆在學校裡。事實上，他嘗試過。在為航空航天工程學位而苦苦掙扎後，他設法進入了紐約市立學院。
約翰·奧基夫：我當時就像一個在糖果廠裡的孩子。我熱愛那裡的每一刻。我選修了電影製作課程，我選修了英國文學課程，我選修了物理課程，我選修了工程課程，我還選修了心理學和哲學課程。
霍爾：但是，他在學院的學習最終不得不結束。
奧基夫：這位院長把我叫進來說，你不能就這樣一直上課下去。你必須離開。
霍爾：神經科學在約翰畢業的那一年才出現，但他已經有過研究大腦的經驗。
奧基夫：然後我很幸運，那裡有一些人是腦研究的先驅。我被實驗的蟲子咬了一口，我真的很喜歡做實驗。
霍爾：在研究生院，約翰繼續進行實驗，這次是觀察貓和老鼠在移動時的大腦。為此，他將細導線外科植入動物的大腦中，並將這些導線連線到頭頂上的一個小放大器。
奧基夫：然後，這將使我們能夠儲存該資訊並將其與動物的行為相關聯。
霍爾：約翰說，大腦中有很多細胞是安靜的。它們大部分時間都不放電。他認為，如果他的團隊能讓一個沉默的細胞說話，他們就可以找出它說話的原因。
奧基夫：所以我們會讓動物做各種各樣的事情，然後，突然間，細胞就會發出“嗶嗶”的聲音！它就像醒來一樣，它只會“嗶嗶”一聲，就像那樣。然後你會說，啊，現在，現在我逮到你了！
霍爾：他們很快在貓的大腦中發現了對各種事物做出反應的細胞——鳥叫聲、老鼠……
奧基夫：例如，不同的食物，一些細胞會對一種口味的貓糧做出反應，而另一些細胞會對另一種口味做出反應……
霍爾：大約在同一時間，約翰的卡弗裡獎同事布倫達·米爾納正在研究一位患有嚴重癲癇病的患者，他曾接受過手術切除大腦的一部分，稱為海馬體。癲癇發作通常始於海馬體，因此醫生認為這會有所幫助。但手術還有其他後果。
奧基夫：布倫達出色地查明瞭這個傢伙到底出了什麼問題。問題是，他失去了很大一部分記憶。
霍爾：約翰受到了啟發，並決定將他的動物研究重點轉移。
奧基夫：所以我想，好吧，如果我要真正做到本壘打，那麼我應該去尋找大腦的這一部分，海馬體中的記憶細胞。
霍爾：他很快看到了更多的沉默細胞，這些細胞在實驗期間幾乎不放電，除非動物在特定位置。
奧基夫：當動物走到我們正在記錄的小盒子的一部分時，細胞什麼也不會說。如果我們讓動物走到盒子的另一部分，出於同樣的原因，細胞開始放電。所以這不是因為它去喝水或吃東西——而是因為它要去哪裡。
霍爾：約翰稱這一發現為位置細胞。它們讓他想起了心理學家愛德華·蔡斯·托爾曼提出的一個理論。
奧基夫：他提出了動物，當然也包括人類，大腦中都有小地圖的想法。他沒有說太多。
霍爾：約翰猜測他發現的位置細胞可能在這個所謂的認知地圖中發揮作用。
奧基夫：地圖是一系列位置，但你還需要將它們連線在一起。你需要知道這個位置，比如教堂，如何與另一個位置，比如學校，連線起來。你需要知道一些距離和方向之類的東西。所以幾乎立刻，我開始思考所有這些事情。
霍爾：他認為，如果你的大腦裡有一張小地圖，由你在空間中移動時放電的位置細胞啟用——這可以幫助你記住其他事情，比如你昨天去了哪裡，以及你和誰說過話。
奧基夫：因此，它可能是人們所說的人類海馬體實際參與的記憶系統的基礎。
霍爾：隨著時間的推移，其他科學家在海馬體附近的區域發現了也與位置相關的細胞——告訴動物頭部指向哪裡的細胞，以及跟蹤距離的其他細胞。約翰說，它們共同作用，讓動物對自己的位置有感知。
奧基夫：所以他們有所有這些細胞，然後問題是，你如何將它們組合在一起？這就是數學家變得非常非常重要的地方。
霍爾：約翰和他的同事仍在研究方程式，以解釋這些細胞之間是如何相互關聯的。但他們也專注於另一個重要的問題——他們所瞭解的關於動物大腦的一切如何轉化為人類？
霍爾：為了找出答案，他們使用了虛擬現實遊戲。一開始，唯一可用的遊戲是基於槍支和可怕的驚喜，所以他們不得不花費數月的時間來剝離任何可能讓人感到恐慌的東西。
奧基夫：最後，我們得到了一個非常漂亮、非常大的 70 米乘 20 米的環境，裡面有各種各樣的東西。它有電影院，它有酒吧和檯球廳。
霍爾：然後，他們將人們連線到腦部掃描器上，並要求他們在虛擬空間中尋找東西。
奧基夫：我們發現，這不僅激活了大腦的兩個部分，海馬體，還激活了頂葉皮層，它本質上是海馬體的助手……大腦某個部分的活躍程度與該人導航能力的好壞之間存在相關性。
霍爾：事實證明，在導航能力特別強的人（計程車司機）中，海馬體的一部分實際上更大。
奧基夫：然後，當他們不再是計程車司機時，大腦又會縮小。
霍爾：但是，海馬體和與導航相關的細胞也可以警告我們大腦的弱點。它們是我們看到痴呆症（尤其是阿爾茨海默病）早期跡象的地方。
奧基夫：我們從阿爾茨海默病的小鼠模型中記錄，發現位置細胞在動物中實際上不太好，而且許多動物不太擅長識別位置。
霍爾：他們在人身上也看到了同樣的情況。約翰說，他們認為這些空間問題是某人患有阿爾茨海默病的第一個跡象。這些症狀在他們明顯患上這種疾病的幾十年前就開始了。
奧基夫：因此，我們的想法是嘗試提出非常敏感的空間導航和空間記憶測試，這將使我們能夠儘早測試大量人群。我們希望能夠在他們 30 歲左右時做到這一點。
霍爾：約翰希望這些精心設計的測試——檢查一個人的空間感和位置感——能夠捕捉到這種痴呆症的早期階段。他現在正在設計這些測試。與此同時，我們是否應該做一些具體的事情來避免痴呆症？比如開出租車或關閉 GPS？
奧基夫：在現階段，人們得出的結論是你應該過上美好的生活。
霍爾：約翰說，不要吃太多，鍛鍊身體，擁有一群好朋友，不要吸菸。
至於想要在該領域開創新天地的年輕科學家，他說追求一個新想法可能會很孤獨。你不會被邀請參加很多會議……沒有很多人可以交談。所以，選擇一個你熱愛的話題，這樣你才能承受一路上的坎坷。
霍爾：約翰·奧基夫是倫敦大學學院的認知神經科學教授。 2014 年，他與布倫達·米爾納和馬庫斯·賴希爾共同分享了卡弗裡神經科學獎。卡弗裡獎旨在表彰在天體物理學、奈米科學和神經科學領域取得突破的科學家——改變我們對宏大、微小和複雜事物的理解。卡弗裡獎是挪威科學與文學院、挪威教育與研究部以及美國卡弗裡基金會之間的合作伙伴關係。
這項工作由《大眾科學》定製媒體制作，並由卡弗裡獎贊助完成。