2014年10月6日，瑞典卡罗林斯卡研究院诺贝尔奖评选委员会宣布今年的诺贝尔生理学或医学奖授予英国伦敦大学学院教授约翰·奥基夫（John O'Keefe）、挪威科技大学教授梅·布莱特·莫瑟尔（May-Britt Moser）及其丈夫爱德华·莫瑟尔（Edvard I.Moser），以表彰他们发现了组成大脑定位系统的细胞，这些细胞构成了“大脑中的GPS”。

 

　　事实上，在奥基夫发现位置细胞和莫瑟尔夫妇发现网格细胞之外，还有一种头部方向细胞与网格细胞具有广泛的功能联系也参与了大脑定位系统（网格细胞可以整合来自边界细胞的边界信息、来自头部方向细胞的方向信息以及来自视觉和本体感觉的距离信息，并通过一些复杂的算法来确定自己在六边形坐标系中的精确坐标），这些细胞最早由纽约大学生理系的三位研究人员：陶布（Taube,JS）、穆勒（Muller RU）和兰克（Ranck JB）发现，他们的题为“在自由跑动的小鼠海马下托发现头部方向细胞”的论文发表于1990年2月1日的《神经科学》杂志。这其中，头部方向细胞的功能在于分析来自前庭系统的信息以确定头部朝向的方向。一系列的报道在引起人们对大脑如何实现空间定位进行思索的同时，也引起人们对一向备受冷落的前庭系统的关注：它是如何在空间定位中起重要作用的？

 

　　人们对空间关系的辨别往往需要两类参考系：以自身为参考系（如对上下、左右、前后的判断）和自身以外参考系（如东、南、西、北的方向是以太阳出没的位置和地磁为参考系所建立的方位）。前庭器是由内耳的三对半规管和耳石器（椭圆囊和球囊）组成的，当机体进行旋转或直线变速运动时，速度的变化（包括正、负加速度）会刺激三个半规管或椭圆囊中的感受细胞；当头部的位置和地球引力的作用方向出现相对关系的改变时，就会刺激球囊中的感受细胞。这些刺激引起的神经冲动沿第八脑神经的前庭支传向中枢，引起人对重力的感受和平衡感。

 

　　前庭系统功能正常时，地面生活的人对重力感会有持续性的相类似的信息输入，这些感觉信息会与其他感觉信息一起以不断重叠的方式输入大脑，所以一般人的大脑对重力的反应是持续不变的。这些重力感的信息，由于相当持久和稳定，在它输入神经系统后，就会成为眼睛及其他身体感觉器官在判断信息时的重要参考资料。当我们移动头部时，前庭器管道里的流体就刺激毛细胞，给大脑发出信号，告诉我们在某一特定的方向上我们提高了速率。正因为前庭器随时在告诉我们头和身体的方向，我们的视觉信息才有意义，才能形成空间方位感、判断身体与环境的关系、控制身体的平衡、掌握方向以及形成距离感。

 

　　另一方面，在我们的头部发生移动的同时，也会要求身体的其余部分作出相应的调整。如果我们向前移动头部，大脑即通知身体的适当部位下意识地作出调整，以补偿重心的变化，保持我们身体的平衡。从前庭器发出的信号沿着一根神经传到我们大脑中一个特殊的神经元丛中，我们称之为“前庭神经核”，信号在这里得到处理，然后它向肌肉组织发出调整指令。设想你在追赶一辆公共汽车，你向前跑动的同时，你的头部也随之在上下起落，你之所以还能将移动的公共汽车保持在你的视野之中，是因为你的前庭器能向大脑发送信息，告诉大脑你跑动的速度和方向。这些信号提供给你的大脑，让它去旋转和校准你眼球的位置，直至瞄准你的目标――那辆公共汽车。

 

　　20世纪40年代中期，塞尔曼·瓦克斯曼（Selman Waksman）用链霉素治疗结核病开始时取得了初步成功，但其后带来了一个奇怪的副作用：虚幻的眩晕以及运动时的共济失调。动物实验（以及病人尸体解剖）证实：前庭毛细胞是链霉素的受害者。这些发现促使我们今天仍然需要对氨基糖甙类抗生素的副作用作深入研究。

 

　　长期以来，大家都认为听觉和前庭系统的感官细胞不能再生。然而21年前，福格（Forge）等人的研究发现，毛细胞重现于受到氨基糖甙类抗生素完全损毁的前庭器官上，彻底推翻了这一不可再生理论。在成熟哺乳动物的内耳上毛细胞的再生，这个意想不到的发现为寻找哺乳动物毛细胞的再生的分子和基因研究提供了先决条件。

 

　　另外一个对前庭研究的迫切需求是随着人们探索太空而来的。在地面上，重力是个人姿态定向的最好参照。而在微重力条件下，当自我方位有所变化时，虽然重力这一参照不存在了，没有了来自重力拟惯性方面的信息，但是神经系统内（主要是视觉系统）仍存在对个体姿态的判断，它会提供方位变化的信息。而此时，前庭系统则由于失重导致无法觉察到自我姿态的变化，这样就产生了感觉冲突。这种对自我姿态变化的冲突信息会导致空间失向，以及对身体位置和运动的错觉，进而影响人在航天活动中的工作绩效。因此，对前庭系统与其它感觉系统（如视觉系统）如何进行整合的研究也意义重大。

 

　　包括在头部转动或弯曲时，前庭感觉接受器的碳酸钙晶体会离开原来的位置，改变前庭神经系统的传达淤积。这种现象在跳跃、跑步、摇晃时更为严重，使中耳半规管中的液体流动，因而影响到感受器。其他像走路、乘车船或头部有轻微振动时，前庭感觉也会立刻有反应。在我们所有的感觉器官中，前庭接受器最为敏感，其是否对环境产生顺反应，也是最重要的。为了保证飞行员能够适应飞行环境、克服运动病、空间错觉和姿态平衡障碍，在飞行学员医学选拔时对前庭功能有严格的要求。航天器在发射、飞行和返回过程中,航天员的前庭功能要承受超重、失重的考验，并且单次航天的时间远远超过单次航空的时间，因此，航天员的前庭功能要接受更严峻的考验，接受更强化的前庭训练。如何发展有效的前庭功能检测技术，以及如何科学有效地对航天员进行前庭训练都非常重要，而这些的发展都需要依赖于对前庭系统的基础研究。

 

　　前庭感觉是综合判断头部位置和身体变化的综合性感觉，有助于人的头、眼、四肢和身体相互协调做出一系列动作。目前，美国国立卫生研究院、美国国家聋哑和交流失调中心已将前庭失调纳入影响公共卫生保健的重大疾病之一。而前庭功能失调是一种严重影响人类健康的疾病，其发病率居高不下，据估计至少有一半美国人在其一生中的某个阶段会患前庭疾病或平衡功能紊乱，有6 900万名年龄在40岁以上的男性和女性罹患此病，占美国成年人总数的三分之一。

 

　　前庭失调会影响患者一生，其中65岁以上的人群中，有眩晕史的老年人高达30％。霍普金斯研究组通过为期三年、涉及5 000多名40岁以上的男性和女性的研究发现，占该年龄段三分之一的人群由于之前没有失衡或突然跌倒等身体欠佳症状，因此，这部分人没有意识到这个问题的严重性。意外跌倒是造成老年人死亡的主要原因之一，美国大约每年有1.3万老年人因跌倒致命，超过150万老年人由于跌倒而被送入医院急救。有学者呼吁“平衡测试应成为基础医疗的一部分，医生必须监测和筛查其患者是否存在前庭功能紊乱，便于我们采取预防措施。

 

　　然而，前庭功能测试的复杂性在于我们无法直接获得前庭终端器官的反应，只有依赖次级运动反射的结果来对前庭功能进行粗略的评估，并且前庭平衡疾病复杂多变，既有中枢前庭失调的影响，也有外周系统的干扰。因此，前庭系统失调疾病的诊断历来是一个相当复杂的过程，面临巨大挑战。

 

　　另一方面，科学的前庭训练和功能检测都依赖于我们对前庭系统结构与功能的了解，遗憾的是，目前我们国家对前庭的基础研究还是很弱，只有很少一部分人在关注前庭系统，但它实际上是一个非常令人着迷的感觉系统（包括计算和多感觉整合），并且与人们的日常生活密切相关，期待得到大家的重视。