记忆
来源:光明日报
作者:阿尔西诺·J. 席尔瓦(Alcino J. Silva)
翻译:毛榕榕
记忆研究正在发生一场革命:新技术能够监测出单个神经元的活动,甚至能够精确地增强或抑制神经元的兴奋性,这使得神经科学家能够开展几年之前还被认为是科幻故事一样的实验。
新研究表明,记忆并不是被随机分配给负责记忆信息加工和储存的神经元。特定的机制决定了哪些神经元负责储存哪一段记忆。
大脑能够精确控制哪些神经元负责编码记忆、哪些记忆需要加固、哪些记忆需要相互关联在一起。这些能力在许多神经疾病以及老龄化认知疾病中有所衰减。
奇妙的记忆
我们的记忆依赖于我们对现实世界细节的回忆能力,比如一个孩子的面孔、一只大雁、一片湖泊。要把这些细节转化为真实的生活经验,大脑必须要把独立的记忆单元融合为一个整体——当那个孩子看到一群大雁突然从湖边的芦苇荡飞起来的时候,孩子的脸上会浮现怎样的表情呢?
记忆的整合感受也取决于其他因素。人类得以在地球上生活上百万年,依靠的不仅仅是回忆正确的信息——例如一头狮子或一条蛇——我们还需要回忆当时的场景。我们是在非洲与世隔绝的热带草原地区与这只动物遭遇,还是在圣迭戈动物园游览时不经意地看了它一眼?
为了避开日常生活中其他类型的“敌人”,我们也需要把不同时间内获得的记忆连贯起来。例如,一个看起来似乎非常具有吸引力的项目是否值得投资,主要取决于它的推荐来源:项目推荐人的可信度。如果不能把项目的吸引力和推荐人的可信度结合起来考虑,将会带来灾难性的后果。
大脑如何把空间和时间上有着巨大差异的不同记忆关联起来,是目前神经科学界费尽心思想要解决的难题。迄今为止,已经有大量的研究在关注我们如何获取、储存、提取记忆,以及如何改变生命个体的记忆。不过绝大多数记忆并不是单独、孤立的存在。实际上,一段回忆能够唤醒下一段,并能构建成错综复杂的一系列记忆,使我们能更好地预测和理解我们身边的世界。
在我们和其他实验室进行了20多年的研究之后,大脑创造关联性记忆的基本原理正逐渐展现在我们面前。弄清楚大脑如何把独立的记忆编织在一起,不仅能帮助我们深入理解大脑是如何工作的,也能在未来的某一天帮助我们预防那些影响记忆整合的记忆疾病。
“记忆分配”现象
我和我的研究团队从20世纪90年代后期开始进行记忆关联的研究,当时尚缺乏解决这个问题的工具和基本知识。研究记忆是如何关联在一起的第一步,也是关键性的一步,是我们实验室发现了“记忆分配”现象。这种现象是指,大脑会采用特定的规则,将通过学习获得的信息分配到与记忆形成相关的脑区的多群神经元中。
“记忆分配”现象的发现纯属巧合。这一切起源于1998年我在耶鲁大学访学时,与我的朋友兼同事迈克·戴维斯的闲聊。戴维斯向我分享了他的新发现:通过操作一个名为CREB的基因能够增强大鼠的情绪记忆——这种情绪记忆体现为特定声音和足底电刺激之间的联系。在此之前,我的实验室和其他研究小组均发现记忆的稳定化需要CREB基因的参与。CREB基因之所以能稳定记忆,是因为它编码了一种蛋白质,能够调控记忆过程所需要的其他基因的表达。在学习过程中,新的突触(神经元之间信息交流的节点)形成使得神经元之间的连接程度增强。处于激活状态的CREB蛋白就像是这个过程中的分子“建造师”。如果没有CREB蛋白的帮助,大多数经历很快就会被遗忘。
让我感到惊讶的是,戴维斯的团队只是提高了杏仁核中少量神经元的CREB蛋白水平(杏仁核是一个已知的负责情绪记忆的脑区),就能增强记忆。在耶鲁大学访学结束后的几个月里,几个问题一直在我的脑海里徘徊:在记忆形成过程中,大脑如何选择少数拥有较多CREB蛋白的神经元?难道神经元内CREB的数量不仅仅有助于稳定记忆,还能让这些神经元更有可能参与记忆的形成?
在接下来对CREB的研究中,我们开始追踪CREB在某几个记忆相关脑区中的功能,包括负责情绪相关记忆的杏仁核,以及储存与环境信息相关的“内在认知图谱”的海马体。
意识到,神经科学家几乎完全不清楚这其中的规则:大脑是如何把一段记忆分配到不同脑区负责加工并存储于它们的神经元中的?
对于科学来说,发现问题和解决问题一样重要。和戴维斯的谈话让我