中國(guó)科學(xué)家李澄宇和他的課題組正在從事大腦究竟是如何在短時(shí)間內(nèi)記住某個(gè)事物的研究。根據(jù)研究可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)的是，如果能用一種方法提高大腦內(nèi)側(cè)前額葉的工作能力，動(dòng)物的短時(shí)記憶能力將能達(dá)到一個(gè)更高值。你說(shuō)不定真能像Lucy一樣，變得比以前更“聰明”。

難以達(dá)到的“秒”級(jí)研究 1935年，一個(gè)名叫雅各布森的學(xué)者就用猴子實(shí)驗(yàn)證明了內(nèi)側(cè)前額葉的功能。他先在猴子面前放兩個(gè)盤(pán)子，左側(cè)盤(pán)子內(nèi)有食物，右側(cè)盤(pán)子內(nèi)沒(méi)有食物。然后用一塊擋板隔離猴子的視線，在這段時(shí)間里讓它只能在腦中記著“食物在哪兒”。一段時(shí)間之后，聰明的猴子直接將手伸向左側(cè)。同樣的實(shí)驗(yàn)，使用同一只猴子，如果把猴子的大腦內(nèi)側(cè)前額葉部分摘除，那么它就無(wú)法做出正確的選擇。

類(lèi)似直接取走內(nèi)側(cè)前額葉或者使用藥物暫時(shí)隔離內(nèi)側(cè)前額葉功能的做法，在過(guò)去數(shù)十年間，被科學(xué)家們使用了無(wú)數(shù)次。這樣做的一個(gè)弊端是，它所研究的“記憶延遲期”只能是較為長(zhǎng)期的，而對(duì)“短時(shí)工作記憶”這項(xiàng)研究幾乎沒(méi)有幫助。

猴子視線被擋板隔離的這段時(shí)間，被稱(chēng)為“記憶延遲期”。對(duì)于“短時(shí)工作記憶”來(lái)說(shuō)，這段延遲期一般只有幾秒鐘到十幾秒鐘的時(shí)間，但現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)手段，此前尚無(wú)法研究精確到“秒”級(jí)的記憶。

79年前的那只猴子，只能證明大腦內(nèi)側(cè)前額葉能對(duì)動(dòng)物記憶產(chǎn)生影響，但具體到“哪一部分”記憶，則有待研究。因?yàn)楹镒影咽稚煜蚴澄锉P(pán)的這個(gè)決定，可能是由多種“記憶模式”帶來(lái)的——它的大腦在延遲期間記錄的，可能是那只盤(pán)子，可能是一個(gè)把手伸向左側(cè)的動(dòng)作，也可能是一個(gè)往哪里伸手的決定。簡(jiǎn)單摘除前額葉并不能解決問(wèn)題。

后來(lái)，科學(xué)界研制出一種能暫時(shí)“抹去”內(nèi)側(cè)前額葉功能的藥物，但這種藥物抹去功能的時(shí)長(zhǎng)，有時(shí)是十幾分鐘，有時(shí)是一個(gè)小時(shí)。也就是說(shuō)，可供科學(xué)家進(jìn)行研究的“延遲期”至少要長(zhǎng)過(guò)藥物作用時(shí)間，無(wú)法進(jìn)入“秒”級(jí)研究。

花了3年來(lái)訓(xùn)練小鼠 2009年，從美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校歸來(lái)的李澄宇找到了一個(gè)在他看來(lái)“自然而然”的研究方法。一方面用“光遺傳”的手段來(lái)影響小鼠短時(shí)記憶的“延遲期”，另一方面，以小鼠的嗅覺(jué)為基礎(chǔ)進(jìn)行短時(shí)工作記憶的研究。這其實(shí)是一項(xiàng)并不算太復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)。首先要做的，就是訓(xùn)練小鼠。

李澄宇實(shí)驗(yàn)室里的小鼠，平時(shí)是沒(méi)有水喝的。它們只有在成功完成任務(wù)的時(shí)候，才能從科研人員遞來(lái)的固定器皿中舔到一口水。這次的任務(wù)是——當(dāng)科研人員為小鼠送上兩種不同的氣味時(shí)，小鼠就可以舔到一口水；反之，如果聞到的氣味相同，則沒(méi)有水喝。

兩種氣味的給予時(shí)間間隔是6秒。聞到第一種氣味時(shí)，小鼠開(kāi)啟了短時(shí)記憶“延遲期”，6秒鐘后，實(shí)驗(yàn)者再給第二種氣味，兩種氣味都聞過(guò)后，小鼠開(kāi)始做抉擇——舔水或者不舔。

而李澄宇的研究時(shí)段，就是從第一次給氣味后的第二秒，到第二次給氣味前，總共4秒鐘時(shí)間。在這個(gè)“記憶延遲期”里，科研人員會(huì)通過(guò)小鼠頭上的粉色“帽子”給綠色光。這種顏色的光早前被其他科學(xué)家證明，能對(duì)表達(dá)NpHR這種光遺傳分子的細(xì)胞產(chǎn)生亞秒級(jí)的抑制作用。一開(kāi)始，小鼠們笨笨的。它們并不太配合科研人員的實(shí)驗(yàn)，總是“錯(cuò)舔”。時(shí)間長(zhǎng)了，訓(xùn)練次數(shù)多了，小鼠的成功率越來(lái)越高。正式的實(shí)驗(yàn)，科研小組一天會(huì)給小鼠100次光，總共5天。數(shù)據(jù)顯示，在小鼠完成任務(wù)的成功率較低階段，即50%至90%成功率間，給光會(huì)使得成功率更低一些，即對(duì)“延遲期”記憶有影響；但在成功率保持90%以上的階段，也就是小鼠學(xué)會(huì)“不同氣味舔水”后，給光并不會(huì)降低成功率。

這一現(xiàn)象，證明了大腦內(nèi)側(cè)前額葉皮層細(xì)胞只負(fù)責(zé)工作記憶行為學(xué)習(xí)時(shí)的信息存儲(chǔ)，對(duì)抉擇行為沒(méi)有影響。因?yàn)樵谛∈髮W(xué)習(xí)“不同氣味舔水”的過(guò)程中，記憶好壞受到影響；但在小鼠學(xué)會(huì)了“不同氣味舔水”以后，也就是成功率保持在90%以上后，負(fù)責(zé)短時(shí)記憶的細(xì)胞們就不再會(huì)受到光的影響了，工作記憶的存儲(chǔ)是由大腦的其他部位來(lái)完成的。

記憶延遲與抉擇延遲 對(duì)普通人而言，“記憶延遲期”和“抉擇延遲期”似乎只是極其微小的差別。但就是這個(gè)微小的差別，科學(xué)家們花了大把的時(shí)間去研究——用什么實(shí)驗(yàn)手段，能把“記憶”和“抉擇”這兩個(gè)行為分開(kāi)來(lái)進(jìn)行研究。

79年前的猴子記憶研究，就沒(méi)能做到這一點(diǎn)。因?yàn)榭茖W(xué)家只給猴子看了一次“食物在哪兒”，因此很難判斷它在“延遲期間”究竟是僅僅留下了記憶，還是順帶也做了決定，也不能清晰判斷大腦內(nèi)側(cè)前額葉皮層細(xì)胞到底是起了什么作用。這個(gè)微小的差別，花了科學(xué)家們近80年的時(shí)間去區(qū)分。

李澄宇實(shí)驗(yàn)中，在第一次給氣味后，小鼠要做的事，僅僅是“記憶”而已，因?yàn)樵诘诙谓o氣味以前，它根本不需要做任何抉擇。這個(gè)聽(tīng)上去極其簡(jiǎn)單的“行為范式”，保證了課題組的研究被準(zhǔn)確地控制在“記憶延遲期”而不是“抉擇延遲期”。

2010年前后，學(xué)界興起了一股“光遺傳學(xué)”熱。斯坦福大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家卡爾·戴瑟羅特將對(duì)光敏感的藻類(lèi)蛋白轉(zhuǎn)入小鼠神經(jīng)元，起到“開(kāi)關(guān)”神經(jīng)元細(xì)胞的作用，通過(guò)光的刺激控制細(xì)胞工作或者停工。李澄宇是較早把這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用于學(xué)習(xí)記憶研究領(lǐng)域的學(xué)者之一。

未來(lái)，李澄宇的研究方向依舊會(huì)是工作記憶，研究其他腦區(qū)是怎么參與短時(shí)工作記憶的。？笪（王燁捷）