俞之凡

什么是記憶？1904年，德國生物學(xué)家理查德·西蒙提出了一簇簇離散的大腦細胞結(jié)合在一起形成記憶痕跡的理論，他將這種假想中的物理電路印跡稱為“記憶印跡”或“記憶痕跡”?！坝洃浐圹E”在科學(xué)教（Scientology）和科幻小說中是一個有著強大生命力的題材。

為證明記憶痕跡在大腦中的真實存在，科研人員就要用光激活的“鑷子”將精細的記憶痕跡“電路”挑揀出來。2012年，美國麻省理工學(xué)院實驗室的研究人員使用這樣的“光鑷子”首次發(fā)現(xiàn)了記憶痕跡的真實存在。研究揭示，記憶痕跡在大腦海馬體部分形成，然后上傳存儲到最外層的大腦皮層。

人類記憶如何形成并存儲的第一個實驗證據(jù)可以追溯到1953年。時年27歲的美國人亨利·莫萊森接受了海馬體切除手術(shù)，以治療頻繁的癲癇發(fā)作。但是令他的外科醫(yī)生感到恐懼的是，手術(shù)也破壞了他的大腦創(chuàng)建新記憶的能力，盡管他仍然保留了過去的記憶。

這個意外的實驗揭示了海馬體編織新記憶的功能，尤其是與“情景”密切相關(guān)的記憶，比如，你某天早上在公園里散步時的所見所聞。然而，這些記憶細節(jié)并不是一直存儲在海馬體中的。隨著時間的推移，它們被轉(zhuǎn)移到外部腦皮層。我們從一些實驗中得知，當(dāng)患者的外部腦皮層部分受到電刺激時，就會回憶起某些特定記憶。

記憶上傳到大腦皮層通常會涉及到一個信息壓縮的過程，這有點像我們壓縮計算機文件進行長期存儲的方式。日本腦科學(xué)研究所和美國麻省理工學(xué)院在之前一項合作研究中，通過一種稱為“光遺傳學(xué)”的先進技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了這種記憶印跡，并以德國生物學(xué)家理查德·西蒙之名將其命名為“西蒙印跡”。研究者認為，某個記憶會在大腦中留下物理痕跡，當(dāng)大腦受到相應(yīng)刺激時就能將這段記憶激活。

早在幾十年前，在研究人員了解神經(jīng)元通過電脈沖發(fā)送信號之前，西蒙就提出了這一想法。自那以后，研究人員解開了神經(jīng)元之間通過大量生物電信號傳遞信息的奧秘，并揭示了學(xué)習(xí)和記憶與神經(jīng)元之間的連接或突觸增強之間的聯(lián)系。

然而，無人能將大腦中特定的神經(jīng)元集合與特定記憶相匹配。1999年，諾貝爾獎得主弗朗西斯·克里克認為，要破解大腦記憶的奧秘，可以用光脈沖來激活生物體大腦中的單個神經(jīng)元。他寫道：“這聽起來似乎有點玄，但并非不可想象，分子生物學(xué)家有可能設(shè)計一種特定類型的光敏細胞?！痹谒岢鲞@個想法僅6年后，美國斯坦福大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家就在光遺傳學(xué)領(lǐng)域內(nèi)取得了突破性的進展。他們選擇了一種綠藻光敏感通道蛋白用作“光敏開關(guān)”，將克里克的設(shè)想變成了現(xiàn)實。

研究人員以某種感染病毒為載體，將單個光敏感通道蛋白基因插入到單個神經(jīng)元中，并確保只讓最近產(chǎn)生記憶的細胞產(chǎn)生光開關(guān)基因，新產(chǎn)生記憶的細胞會生成一種叫做“c-fos”的蛋白質(zhì)，因而光開關(guān)基因被設(shè)計成只在生成c-fos蛋白的細胞中產(chǎn)生。

2012年，研究人員利用這種光基因技術(shù)證明了恐懼記憶印跡的存在。一只老鼠被放入一個四壁有著獨特圖案，地面有著獨特紋理的箱子里，每次將它放進箱子里時，就向它施以電擊。經(jīng)過多次電擊帶來的恐懼之后，只要將它放進箱子里，即使沒有對它施加電擊，也足以令它產(chǎn)生害怕畏縮的反應(yīng)。

研究人員還發(fā)現(xiàn)海馬體中有一組細胞在積極地制造光敏開關(guān)。這一確鑿證據(jù)表明，這些細胞都參與了記憶的形成過程。為了證明這一點，科學(xué)家們將一束光纖探針插入老鼠大腦，并抵達海馬體瞄準了這些細胞。當(dāng)藍光掃過海馬體時，老鼠明顯被嚇呆了，似乎重新體驗了在電擊箱里受電擊時的記憶。這是首次發(fā)現(xiàn)記憶痕跡存在的證據(jù)，證明一組幾百個細胞在受到光刺激時，記憶被重播出來。

在這項研究中，研究人員還想知道，隨著時間的推移，小鼠海馬體中的記憶痕跡會發(fā)生怎樣的變化。研究表明，大腦皮層中的一小塊特殊區(qū)域——前額葉皮層是恐懼記憶最終被儲存起來的地方，因此研究人員用含有光開關(guān)基因的病毒感染了前額葉皮層的細胞。令人驚訝的是，用光刺激前額葉皮層細胞也可觸發(fā)記憶，證明記憶印跡似乎也同時上傳到了前額葉皮層。這一發(fā)現(xiàn)令人吃驚，因為這表明皮質(zhì)記憶可能是在同一天創(chuàng)建的，而不是如設(shè)想中那樣逐漸形成的。

然而，當(dāng)研究人員將老鼠放進電擊室，曾經(jīng)的記憶讓它產(chǎn)生畏縮害怕情緒時，前額葉皮層的相應(yīng)細胞卻沒有反應(yīng)（對分離出的大腦組織化學(xué)活性的檢查也證實了這一點）。只有在電擊體驗幾周后，再將老鼠放進電擊室時，前額葉皮層的細胞才被激活，而與之相反，海馬體的這一記憶印跡則開始消退。

由此可見，長期的記憶存儲，一開始只是在大腦前額葉皮層形成一個“沉默”的副本，只有在海馬體的記憶痕跡漸漸消除之后，大腦前額葉皮層的相應(yīng)記憶才逐漸鞏固下來，成為長期儲存的記憶。

鞏固記憶的另一個關(guān)鍵是前額葉皮層需要同時從海馬體和杏仁核（大腦的情感中樞）獲取信息。當(dāng)研究人員使用光開關(guān)基因阻斷海馬體或杏仁核的神經(jīng)元信息輸入時，大腦皮層的記憶就無法得到鞏固。

破解記憶的奧秘將會給人類帶來哪些好處呢？雖然我們不能直接植入光開關(guān)基因，但仍然可以通過一種被稱為“腦深部電刺激”的技術(shù)將細小的電極植入大腦中的某個特定區(qū)域，這種技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于治療帕金森氏癥等疾病。可以想象，未來的某一天，人類有可能將使用類似的技術(shù)來操縱大腦中的記憶。鑒于這一領(lǐng)域內(nèi)科技的迅猛發(fā)展，操縱大腦記憶印痕的時代可能已經(jīng)離我們不遠了。