唐騁

植入虛假記憶的技術(shù)非常引人入勝，聰明的科學家們已經(jīng)采用種種手段將這種科幻變成了現(xiàn)實

科學的車輪永不停歇地滾滾前進，在探索學習記憶奧秘征途上的科學工作者們也不會滿足于前一次勝利，好奇心依然在驅(qū)使人們探索地更深入、更細致。

記憶的儲存

人的大腦中沒有硬盤，沒有閃存，卻擁有著近乎無窮無盡的記憶。例如一個來自美國的孤獨癥患者金·匹克，他可以準確無誤地記住超過9000本書的內(nèi)容，只要是聽過一遍的曲子便能終身一點不差地演奏出來。很顯然，神經(jīng)元擁有儲存信息的能力，可是人的神經(jīng)元在正常情況下終其一生都沒有明顯的數(shù)量和結(jié)構(gòu)改變，那它是用什么方法編碼、存儲這些信息的呢？就算知道了與學習記憶相關(guān)的腦區(qū)，不知道其中的神經(jīng)元運作機制的話，記憶的奧秘只不過是從一整個黑箱子變成了一串黑箱子而已，勇于探索未知的科學家可是憋足了一口氣非要把這個這個黑箱子里面每一個零件都拆出來仔細觀察一遍不可呢。

其實在二十世紀初，就已經(jīng)有一些科學家隱約找到了神經(jīng)元或神經(jīng)通路發(fā)生變化的證據(jù)，1923年，也就是莫萊森出生前三年，一個叫卡爾·萊施利的美國心理學家就在對獼猴學習記憶的研究中提出了神經(jīng)系統(tǒng)可以發(fā)生變化的理論?？稍谀菚r，主流學界的理論是神經(jīng)系統(tǒng)就像是一臺線路復雜的計算機，神經(jīng)元就像是其中的硬件系統(tǒng)，它們可以加載不同的程序，但是本身不會發(fā)生變化。所以在那個時候，萊施利的理論孤掌難鳴，并沒有被同行所接受。

神經(jīng)元的潛力

到了二十世紀后半葉，人們有了更強大、更精細也更便捷的工具來探索生命的奧秘，電生理進入它發(fā)展的黃金時期。有了電生理技術(shù)的支撐，科學家們就可以觀察到神經(jīng)元更細微的變化，神經(jīng)元固定不變的思想開始受到了挑戰(zhàn)。1959年，兩位研究視覺神經(jīng)機制的北美科學家大衛(wèi)·休伯爾和托斯坦·威澤爾做了一個實驗：它們把貓的一只眼睛從出生起就縫合起來，于是這只貓從睜眼開始就只能“一目了然”地觀察這個世界。等這只貓長大以后，它們檢查了其大腦視覺處理區(qū)域是否發(fā)生了什么變化。結(jié)果令人吃驚，它大腦中原本平均分配給兩只眼睛的神經(jīng)通路現(xiàn)在百分百地分配給了當初沒有縫合的那只眼睛，而那只被縫合的眼睛與大腦的連接則幾乎消失了。這項研究不但開啟了神經(jīng)科學當中重要的“雙眼競爭模型”研究，同時也以它精妙的設(shè)計無可辯駁地證明了神經(jīng)系統(tǒng)確實是可以發(fā)生變化的。后來，科學家專門發(fā)明了一個詞叫做“神經(jīng)可塑性”（Neuroplasticity）來表示神經(jīng)元這種可以發(fā)生變化的潛力。

既然神經(jīng)元和神經(jīng)系統(tǒng)是具有變化潛力的，那么人們就會很自然地聯(lián)想到這種變化可能就是記憶形成的生理基礎(chǔ)。于是科學家們迅速行動起來探索神經(jīng)可塑性的規(guī)律。功夫不負有心人，1973年，兩位科學家Bliss T.V和Lomo M在高頻電刺激家兔海馬神經(jīng)元后，發(fā)現(xiàn)這個神經(jīng)元會變得更容易興奮，而且這種狀態(tài)可以維持幾小時乃至幾周時間，這種效應(yīng)被命名為“長時程增強”（Long-lasting potentiation，LTP）；九年后，另外兩位科學家M. Ito和M. Kano在研究小腦的某種神經(jīng)元時發(fā)現(xiàn)了與長時程增強相反的效應(yīng)——“長時程抑制”（Long-lasting depression，LTD）。

這兩種長時程效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)令神經(jīng)學家們欣喜若狂，它們的表現(xiàn)與記憶是如此相似，都可以改變神經(jīng)元，都可以持續(xù)一段時間，都會在刺激停止一段時間后消失。那么在學習記憶的過程中，是否確實涉及這兩種效應(yīng)呢？1974年，當今還在世的最偉大的神經(jīng)學家之一，神經(jīng)學界泰斗級人物，美籍奧地利科學家埃里克·坎德爾為這個問題找到了答案。直到今天，坎德爾發(fā)現(xiàn)的分子信號通路依然是學習記憶分子機制研究當中最經(jīng)典的信號通路之一，也正是因為肯德爾對學習記憶機制研究的巨大貢獻，他與另外兩位科學家共同榮獲了2000年的諾貝爾生理及醫(yī)學獎。

記憶的改寫

盡管取得了無數(shù)的進步，但是記憶的黑箱卻還遠遠沒有被洞明，如果說學習記憶是一座高峰的話，現(xiàn)在的我們還只是在山麓徘徊而已。到目前為止發(fā)現(xiàn)維持時間最長的長時程效應(yīng)也不超過半年時間，這很難解釋那些終身難忘的記憶。此外，雖然有一些大腦損傷的病例會出現(xiàn)丟失一部分記憶的情況，但是時至今日，也沒人說得清記憶究竟是儲存在整個大腦中，還只是固定存儲在某幾個位置上，近期的研究傾向于認為大腦前額葉皮質(zhì)是記憶存儲的核心區(qū)域，不過這種理論還需要更多證據(jù)的支持。而更本質(zhì)的問題，記憶是如何被編碼的則更是讓人一籌莫展。

進入21世紀后，生物學有了更長足的發(fā)展，許多前人難以想象的新工具、新方法被開發(fā)出來。借助于鈣成像技術(shù)和雙光子顯微鏡，我們可以像科幻片里一樣很直觀地看到信號順著神經(jīng)纖維傳遞；利用經(jīng)過特殊改造的腺病毒和狂犬病毒，我們可以很輕松地在活體上標記、追蹤我們感興趣的神經(jīng)纖維和神經(jīng)信號；通過光遺傳技術(shù)，高度特異地操控某一類乃至某一個神經(jīng)元得以成為可能。種種進步都在宣告著一個神經(jīng)科學研究新紀元的到來。

比起需要親自手繪神經(jīng)元形態(tài)的前輩們，如今擁有這些新技術(shù)的科學家們可以做更多更有意思的實驗?？催^《盜夢空間》或是《全面回憶》之類電影的朋友們可能會覺得其中植入虛假記憶的技術(shù)非常引人入勝，而在今天，聰明的科學家們已經(jīng)采用種種手段將這種科幻變成了現(xiàn)實，這也從一個側(cè)面說明了想象力總是人類科技進步的指路明燈。

在眾多制造虛假記憶的嘗試當中，日本生物學家利根川進可以說是其中的佼佼者。他一開始的研究領(lǐng)域是免疫學，并由于發(fā)現(xiàn)了基因編碼抗體的機制而獲得了1987年的諾貝爾生理及醫(yī)學獎。然而在此之后他忽然又對神經(jīng)科學產(chǎn)生了濃厚的興趣，進而完全終止了他在免疫學研究上的工作，全身心投入到了探索學習記憶奧秘的挑戰(zhàn)中來。

操縱記憶

利根川進之所以敢于嘗試制造虛假記憶，是因為他的實驗室和團隊掌握了一種復雜卻極為有用的科研工具——光遺傳（Optogenetics）。光遺傳的原理比較簡單，就是通過一些基因操作的手段將一些對光敏感的蛋白質(zhì)，比如說紫紅質(zhì)通道蛋白（Channelrhodopsin，ChrD）表達在自己制定的神經(jīng)元上，同時給實驗動物，比方說小鼠植入光纖。這樣，只要一開燈，小鼠那些表達ChrD的神經(jīng)元就會興奮起來，從而給它們的下游神經(jīng)元發(fā)送信號。光遺傳技術(shù)的發(fā)明讓神經(jīng)學家們只要摁摁開關(guān)控制燈光的有無就可以隨心所欲地讓自己感興趣的神經(jīng)元興奮或抑制，同時卻對其它神經(jīng)元毫無影響，效果立竿見影，簡直是再理想不過的工具了。endprint

工具雖然好，但是要完成植入虛假記憶這一壯舉，還需要嚴密的計劃和大量的工作。利根川進的團隊對此采取了一種“三步走”策略。

第一步，他先建立了一種叫做“空間恐懼記憶”的行為范式，這實際上是經(jīng)典條件反射的一種變體——小鼠會被帶到一個特征鮮明，比如說墻上涂抹著某種鮮艷顏色的房間中，然后可憐的被試小鼠會在這個房間中遭遇幾次足部電擊。雖說一朝被蛇咬十年怕井繩，但很多時候動物就是要在同一個地方多跌倒幾次才會接受教訓的。小鼠也是這樣，如果只是偶爾一兩次在這樣的房間中遭受電擊，小鼠第三次可能還依然對這個房間無所畏懼。只有經(jīng)過長期多次的反復訓練，小鼠才會知道在這樣的房間里會遭受電擊。于是不用電它，它在這樣的房間里也會心驚膽寒。接下去就是有趣的部分了，利根川進的團隊在小鼠第一次在這樣的房間中遭受電擊時，就利用一種叫做Tet-on系統(tǒng)的基因?qū)W技術(shù)在小鼠海馬區(qū)那些在小鼠受電擊過程中比較活躍的神經(jīng)元上表達ChrD——他們把這個過程叫做“標記”。我們已經(jīng)知道海馬區(qū)是記憶形成的關(guān)鍵腦區(qū)，而小鼠在這樣一個特征鮮明的房間中遭受電擊一定會讓小鼠產(chǎn)生記憶，在這種時候海馬區(qū)活躍的神經(jīng)元勢必與“在特色房間內(nèi)遭受電擊”這個記憶密切相關(guān)。就僅僅電了這么一次，小鼠當然不會記得很清楚，過幾天后，小鼠還是像啥也沒發(fā)生過一樣地在這個房間里隨意玩耍。這時候，利根川進的團隊點亮了控制小鼠神經(jīng)元的燈，燈光一亮，那些被標記的神經(jīng)元就被再度激活了，那一刻，小鼠突然回想起了那種曾經(jīng)支配它的恐懼——那個特色房間內(nèi)的小鼠無不立刻嚇得僵在原地。

這個實驗不但證明利用光遺傳技術(shù)適用于學習記憶的研究，而且成功地喚起了小鼠本來已經(jīng)幾乎遺忘的記憶，換句話說，利根川進的團隊成功地操縱了小鼠的記憶。

制造虛假記憶

第二步，既然我們可以操縱已經(jīng)存在的記憶，那么是否可以用類似的方法制造本不存在的記憶呢？這次的實驗設(shè)計也很精妙。這一次，利根川進的團隊同樣還是先讓小鼠在一個特色房間（就叫它房間A吧）中愉快地玩耍，并且標記其在此過程中活躍的海馬神經(jīng)元。顯然，這些活躍的神經(jīng)元只和對房間A特征的記憶有關(guān)系。過兩天后，小鼠又被帶到另一個與房間A截然不同的房間B內(nèi)。在這個房間B里面，被試小鼠慘遭足部電擊，但是研究人員在電擊的同時還開了燈，激活了那些被標記的神經(jīng)元。然后，研究人員再把小鼠放回他們先前愉快玩耍的房間A內(nèi)，這時候，神奇的事情發(fā)生了——小鼠在那個完全無害的房間A內(nèi)表現(xiàn)出了巨大的恐懼。這就是說，在B房間內(nèi)同時遭遇電擊的同時激活那些與房間A的記憶有關(guān)的神經(jīng)元，導致小鼠誤以為它是在房間A內(nèi)遭受了電擊。用更加科幻一點的說法就是小鼠被植入了一段在房間A內(nèi)遭遇電擊的虛假記憶。

從此以后，至少在小鼠身上，植入虛假記憶已經(jīng)不再是電影當中科學幻想了。

第三步，既然記憶可以被偽造，那么這種虛假記憶是否能被再度覆寫呢？這次，他們大大復雜化了自己的實驗，并且一律使用雄性小鼠做實驗。首先，這一次小鼠會在一個它很熟悉的房間中遭受電擊，這時候標記的神經(jīng)元就可以認為基本上只和遭受電擊的記憶有關(guān)了。過兩天后，小鼠被帶到了一個被分成若干區(qū)域的特殊房間中，這個房間每個區(qū)域都有各自鮮明的特征，但小鼠不知道的是，其中的一個區(qū)域已經(jīng)被研究人員悄悄指定為“目標區(qū)域”了。于是在測試時間內(nèi)，小鼠一旦“誤入”這個目標區(qū)域，研究人員就會開燈勾起小鼠被電擊時的恐懼記憶。果不其然，“被迫”回憶了幾次“傷心事”后，小鼠就對那個目標區(qū)域敬而遠之了。又過兩天，小鼠回到那個它熟悉的房間，這一次等待它的不是電擊，而是與幾只年輕漂亮的雌性小鼠度過一段快樂時光。可是不解風情的研究人員在這只小鼠約會的過程中開了燈，再度激活了那些被標記的神經(jīng)元，這下子會發(fā)生什么呢？過兩天后，小鼠重新被放入特殊房間中，這次，研究人員又給它另外指定了一個目標區(qū)域。同樣的，一旦小鼠進入目標區(qū)域，研究人員就會開燈激活那些神經(jīng)元。于是有意思的一幕發(fā)生了，這一次，海馬區(qū)那些被標記的神經(jīng)元被激活后，小鼠的恐懼感大大降低了，甚至有一些小鼠反而“愛上”了那個目標區(qū)域。這就是說，這次利根川進的團隊不但成功植入了一段虛假記憶，而且之后還把這段恐懼的虛假記憶逆轉(zhuǎn)成了比較愉快的記憶。

不得不說，很多時候，幻想距離我們真的并不遙遠。endprint