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诺贝尔奖得主称操纵记忆就像拧钥匙一样简单

[日期:2012-07-25]   来源:生物探索  作者:生物百花园   阅读:250[字体: ]

当你背一个英文单词的时候,这个单词的含义信息被储存在大脑中,留下“记忆的痕迹”。“记忆的痕迹”(engram)是神经科学家们研究记忆时经常提起的一个基本概念,但是,它究竟仅仅是一种比方,还是物理上由一些神经元组成的真实存在?科学家对这个问题的研究可以追溯到近一个世纪之前,而新近的成果则提供了更为确切的线索。

诺贝尔奖得主称操纵记忆就像拧钥匙一样简单

诺贝尔奖得主称操纵记忆就像拧钥匙一样简单

诺贝尔奖获得者、美国麻省理工学院Picower学习记忆研究所利根川进领导的研究小组2012年早些时候发表了一项研究,引起许多同行的注意。他们的研究显示,储存记忆的神经元网路不但真实存在,而且可以被人为操纵,通过人工对脑部的刺激可以让回忆出现。控制记忆就像拧一下钥匙那样简单。

“我们的研究展示,基于高水平认知的行为,比如某种特定记忆的表达,在哺乳动物中可以通过高度特异性地激活脑细胞中一小群特定的细胞而产生,在我们的案例中是用光来激活。”利根川进介绍说。

记忆闪回

早在1920年代,美国心理学家卡尔•拉施里(Karl Lashley)就试图寻找“记忆的痕迹”,他的实验到今天已经成为教科书上的经典。

拉施里建了一个小迷宫,在起点处放进一只小鼠,终点处是小鼠的食物。第一次的时候,小鼠跑向食物的过程很缓慢,会走进几次死胡同。但重复多次之后,小鼠就能不犯错误地直接从起点跑到终点。

拉施里还准备了另外两组小鼠,其中一组,在走迷宫之前已经被做了脑部创伤。这些小鼠需要经过更多次的练习才能记住迷宫怎么走。另一组,则是在小鼠已经学会了如何走迷宫之后再做脑部损伤,这些小鼠的记忆看起来被破坏掉了,它们再走迷宫时会重复学习前的错误。

有趣的是,拉施里发现,小鼠失忆的程度与创伤的大小相关,而与创伤的位置无关。他由此认为,大脑皮质的所有部位对学习和记忆的贡献是相同的。这个结论意味着“记忆的痕迹”是基于分布在整个皮质上的——而不是某个部位的——神经变化的。但是,拉施里的结论在今天看来是站不住脚的,其中原因包括他所做的创伤面积本来就太大了,同时也不能排除小鼠根据视觉、气味等线索找到食物的因素。

在同一时期,加拿大神经外科医生怀尔德•彭菲尔德(Wilder Penfield)有了一项意外的发现。他本来是为了治疗严重的癫痫患者,切除患者的一部分病变脑组织。这个过程中,他为了确保切除的只是出了问题的神经元,采用微小的电流来刺激患者的大脑,并让患者报告经历的事情。他发现,当他刺激大脑的某个特定区域的时候,患者报告回忆起了一些复杂事件的完整经过。这个区域叫做海马区,在今天被认为是形成记忆和回忆的必要部位。

利根川进称,他们的实验是21世纪经过严密设计的对彭菲尔德实验的检验。论文的第一作者刘旭与同事们使用了一种经过基因改造的小鼠,它们大脑海马区的某些神经元包含了对光敏感的蛋白。研究者在小鼠的头上安上光缆,通过光信号就能激活那些特定的神经元。

研究人员还需要让小鼠产生恐怖记忆。他们先把小鼠放进一个新的环境中,让小鼠自由探索几分钟后,给它一个温和的电刺激。通常的做法是在笼子的地板上通电。小鼠于是对这个环境产生了恐惧。接下来,研究人员把小鼠放进另一个环境,这个环境中并没有电击。小鼠的脑袋上接着光缆,光缆闪光的时候,小鼠会进入防御状态,或呆立不动。研究人员认为这说明光信号让小鼠产生了恐怖回忆。

“这项引人注目的工作展示了用最新科技的力量来进攻神经生物学的一个核心问题。”美国萨克生物学研究所未参与此项研究的查尔斯•史蒂文斯(Charles Stevens)评论说,“显示重新激活学习过程中处于活跃状态的神经细胞就可以重现习得的行为,这毫无疑问是一个里程碑。”

记忆改写

同一时间,在另一间实验室里,小鼠不但在人的操控下产生了回忆,而且将回忆与现实混合在一起,真假难分。

美国加州大学圣迭戈分校的阿丽娜•加纳(Aleena Garner)及同事首先把小鼠放在一个中性的环境中——不透明的白色墙壁和地板组成的方形房间。这些小鼠也是经过基因改造的,它们大脑可以类似的方式被控制产生回忆。第二天,小鼠被移入另一个房间。这是一个恐怖的房间,散发着鹿蹄草的味道,墙壁上是黑白方格,脚下是可以通电的金属板。研究人员让小鼠在这里形成恐怖记忆,就像其他研究中的常用方法——电击。不过,有一部分小鼠在受到电击的同时也被开启了第一天的记忆。

那么,这部分小鼠形成了什么样的恐怖记忆呢?研究人员做了几种测试。他们开启小鼠第一天的记忆,发现小鼠没有呆住不动。他们把小鼠放进第二天的恐怖环境中,小鼠也没有做出什么特别的反应。仅仅当他们在把小鼠放进有鹿蹄草味道的房间,并且开启第一天的记忆时,小鼠才会感到恐惧,呆若木鸡。

这让研究人员相信,小鼠受到电击时将想象中的场景与现实的景象混合在了一起,形成了一种真假并存的恐怖记忆,所以只有当这种混合的场景再出现时才能引起它们的恐惧。当然,没有人真正了解小鼠头脑中的这种混合场景究竟是什么样子的。

在应用的层面,科学家研究的不是让人形成恐怖记忆,而是如何消除恐怖记忆。自2011年底,美国数所大学联合启动了一项研究,旨在在药物的辅助下让老兵消除战场上的恐怖记忆。这种药物叫做D-环丝氨酸,与所谓的“暴露疗法”配合使用。

“暴露疗法”会通过虚拟现实等技术让受试者在一个安全的环境中回忆恐怖的场景。由于人每做一次回忆,并不是像重新播放录影带一样分毫不差,而是会在记忆片段的基础上进行虚构,所以,在回忆的过程中,医生可以让病人慢慢把他的记忆变得不那么恐怖,也就是病人最终将虚构出来的场景当成自己的回忆。战场上的记忆因而也就变得虚实难辨。


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