史蒂夫·拉米雷斯及刘旭: 老鼠,雷射光束和被操控的记忆
我们能够改编记忆吗?这个带有科幻色彩的问题就是史蒂夫·拉米雷斯和刘旭在麻省理工学院实验室里要求证的问题。最后这对搭档向一只活老鼠发射了一道雷射光,从而激活并控制了它的记忆。在这场幽默的演讲中,两位科学家不仅分享了他们是如何做得到的,更重要的是他们为何而做。(录制于TEDx波士顿)
史蒂夫·拉米雷斯:就读研究生的第一年, 我常常待在自己的卧室里, 大吃Ben & Jerry's 冰淇淋, 看看一些没营养的电视节目, 或许,或许还听听泰勒·斯威夫特的歌。 我刚刚经历一场失恋嘛。 (笑声) 所以很长一段时间里,我所做的 就是一边反反复复地回忆有关我前任恋人的一切, 一边希望自己能摆脱那种 令人五脏都纠结的痛楚。
神经科学家, 我也知道了有关那个人的记忆, 以及那记忆中所挟带的痛苦情感, 其实很大程度上是由不同脑区调控的。 所以我就想:我们是不是能深入到人们的大脑中, 仅仅剔除那种令人食不下咽的痛苦 却同时完好地保留关于那个前任恋人的记忆? 然后我意识到也许这个想法对现在来说 或许还是有些不切实际。 那么我们是不是可以先从在大脑中 找出一个单一记忆开始着手做起呢? 我们是否可以跳转到一段过往记忆并在 现实中重新演绎, 甚至也许可以稍稍改编一下记忆的内容?
现在,我成为了一名不过现在,全世界有一个人,我倒是希望她 现在没看到这段演讲。
(笑声)
所以啦,凡事都有代价。 也许以上这些设想会让你想起《全面回忆》、 《暖暖内含光》、 或者《盗梦空间》这些电影。 但是和我们研究人员合作的 电影明星 却都是实验室的大牌。
刘旭:(也就是)试验鼠。
(笑声)
作为神经科学家,我们通过研究老鼠, 来尝试理解记忆的运作, 今天,我们希望向你们证明 我们事实上能够在大脑中 快速激活一段记忆。 要完成这个任务,我们只需要两个简单的步骤。 首先,在大脑中找到并且标记一段记忆, 然后用开关激活它。 就是这么简单。 (笑声)
史蒂夫:你们信服了吗? 其实,在大脑中找到一段记忆并非如此简单。
刘旭:确实。这其实要比 在稻草堆中找到一根针要难得多, 因为至少,针还是一个 你能确实触摸到的实物。 但记忆不是。 并且,大脑中的脑细胞可比 稻草堆中的稻谷要多得多。 所以,这个任务似乎异常艰难。 但幸运的是,我们从大脑自身得到了帮助。 事实上我们只需要 让大脑自己生成一段记忆, 然后大脑会告诉我们哪些脑细胞 参与了这一段记忆的组成。
史蒂夫:那么在我回忆前任恋人的时候, 我的大脑中究竟发生了什么呢? 如果你们能暂且抛开人类道德, 即刻将我的大脑切片解剖, 你们就能看到在我回忆那段记忆时, 很多脑区正处于活跃状态。 在这其中, 海马体是最为持续活跃的脑区域。 这一脑区负责处理 对我们来说独具意义的记忆, 这一点也使得海马体成为可供深入研究的理想目标, 我们可以试着在海马体中找到,并或许激活一段记忆。
刘旭:当你聚焦于海马体, 当然你会看到许多脑细胞, 但我们也能够找到参与 某一特定记忆的那些细胞, 因为每当一个脑细胞在活动时, 比如说当它正在形成一段记忆时, 它也会同时留下“足迹”,通过这些足迹我们可以得知 这些脑细胞近期有活跃过。
史蒂夫:这就好比通过夜晚的大楼灯光, 你可以推知有人可能在某一时段在那里工作过。 事实上,每一个细胞中都有一些传感器, 这些传感器 只有在该细胞工作时开启。 它们就像透出亮光的生物窗, 告诉我们某一细胞刚刚处于激活状态。
刘旭:因此我们获取这种传感器的一小部分, 并将这一部分连接到用于控制脑细胞的开关上, 然后我们将这一开关植入于人造病毒中, 并注射于实验鼠大脑。 所以每当一段记忆形成时, 人造开关就会被安装到。 参与其中的每一个脑细胞
史蒂夫:这就是海马体 形成一段记忆后的形态。 你们所看到的这一蓝色区域 密集分布着许多脑细胞; 但是这些绿色标记的脑细胞, 则是与某一特定的恐惧记忆有关。 则是与某一特定的恐惧记忆有关。 所以你们现在看到的就是“恐惧”形成瞬间的结晶 所以你们现在看到的就是“恐惧”形成瞬间的结晶 你们现在看到的其实是一组记忆横截面
刘旭:现在来看看我们刚刚提到的开关, 理论上这个开关的运作速度要非常快。 运作这一开关不能耗上几分钟或几小时。 相反它的工作速度单位 要以大脑的运作速度(毫秒)为单位。
史蒂夫:所以你怎么看,刘旭? 你觉得我们能用医学用药 来激活或减退大脑细胞的活动?
刘旭:行不通吧。 药物太难控制了,它们全身乱跑。 而且等它们作用到脑细胞上就太慢咯。 所以我们不太可能用药物来及时控制记忆。 那史蒂夫,你觉得用电流刺激大脑这个想法如何?
史蒂夫:嗯,电流的速度确实快, 但是我们不太可能将电流精确定位于 参与一段记忆行程的那些特定脑细胞, 而且我们很有可能会把大脑烤糊。
刘旭:噢,那倒是真的。嗯,那看来, 我们确实得要找到一个更好的方法, 能以光速来控制大脑。
史蒂夫:对了,光的穿行速度不就是光速嘛。 所以或许我们就可以 用光来激活或消退记忆......
刘旭:那样确实够快
史蒂夫: 而且由于脑细胞通常 对光波没有反应, 所以能对光波产生反应的 就是那些挟带光敏开光的细胞。 要做到这点,首先我们必须诱使脑细胞 对镭射光产生反应。
刘旭:对!你们没有听错。 我们要试着向大脑发射镭射光。 (笑声)
史蒂夫:而我们依靠的技术就是光遗传学 通过光遗传学我们得到了这个“光开关” 来开启或关闭脑细胞, 这个开关就叫做光敏感通道, 也就是这里显示的附于这个脑细胞的绿色小点。 你们可以将光敏感通道看作一种光敏开关, 它可以被人工安置于脑细胞中, 因此现在我们就可以使用这一开关 只要简单点击一下开关 我们就能激活或减退脑细胞的活动, 并且我们用的是光波来点击开关。 刘旭:我们将这一类似光敏开关的紫红质通道蛋白 安装于我们刚刚提到的传感器上, 并将它注于脑内。 所以每当一段记忆形成时, 光敏开关也会被安装到 参与这一特定记忆的每一个细胞上 正如你们所见,我们也就能 通过调控镭射光来控制脑细胞啦。
史蒂夫:那么我们现在就来测试一下吧。 我们拿出实验鼠, 将它们放到和这个盒子一模一样的盒中, 然后施于它们一个轻微的足电击, 以使它们对这个盒子形成恐惧记忆。 它们记得在这个盒子里发生过不好的事。 现在在我们的大脑中,海马体内有 参与形成这一恐惧记忆的活跃脑细胞, 现在只有这些细胞带有紫红质通道蛋白。
刘旭:当你像老鼠那么小的时候, 会感觉仿佛全世界都要欺压你 而你最好的应对办法 就是尽量把自己藏好。 每当老鼠害怕时, 它最典型的表现 就是藏到盒子的一角, 一动也不动 我们称这个姿势为“定格” 因此只要老鼠记得在这个盒子里发生过不愉快的事, 当我们将它们放回盒中时, 老鼠就会表现出“定格”行为, 因为它不想被 盒中任何可能的危险捕获。
史蒂夫:你们可以将“定格”理解为, 你好好地走在路上,想着你自己的事情, 突然不经意地你就撞上了 你的前女友或前男友, 就在那令人恐慌的两秒内, 你开始想,“我该怎么做?我要打招呼吗? 我要和他们握手吗?还是转身就跑? 还是就坐在这里,假装自己不存在?” 这些在你脑中一闪而过的念头令你四肢僵硬、 而你脸上的表情就像车头灯照射下的惊恐小鹿。
刘旭:然而当你将实验鼠置于一个截然不同的新盒中, 就像这里的第二个盒子, 它就不会害怕。 因为它没有理由对这个新环境产生恐惧。
但是如果我们将实验鼠放于这个新盒中 同时用镭射光 激活之前的那段恐惧记忆 我们能否将对于第一个盒子的那段记忆 在这个新环境中重现呢?
史蒂夫:不错,这就是那个耗价百万的实验。 现在就让我们把那一天的记忆重现, 我记得那一天波士顿红袜队正巧打赢一场比赛, 那是一个绿意盎然的春日, 最适宜在小河中划船, 然后也许去波士顿北区 买几个奶油甜馅煎饼卷 啊,只是说说而已。 事实上刘旭和我, 当时正在一间没有窗户的小黑屋里, 双眼一眨不眨 因为我们的目光正牢牢盯住电脑屏幕 我们当时正看着这只老鼠 第一次尝试用我们的技术 来激活一段记忆。
刘旭:而这就是我们看到的: 当我们第一次将老鼠放进这只盒子时, 它在探索,这边嗅嗅,那边转转, 完全沉浸在自己的世界里, 事实上,老鼠天性就是好奇心旺盛的动物。 事实上,老鼠天性就是好奇心旺盛的动物。 他们想知道:这个新盒子里有什么 这里很有趣啊。 但是当我们打开镭射光 就像你们现在看到的 突然之间实验鼠进入了“定格”模式。 它停在那里,身体一动不动 很显然它僵住了。 似乎我们能够将 对于第一个盒子的恐惧记忆带回到 这个全新的环境中。
当我和Steve看到这些时, 我们也像实验鼠一样惊呆了。 (笑声) 当实验结束后,我们两啥也没说, 一声不响地离开了房间。
过了有点长、有点尴尬的一段时间后, 史蒂夫首先开口了。
史蒂夫:“所以那个成功了?”
刘旭:“是啊,”我说。“它确确实实成功了!” 我们对此兴奋不已。 然后我们在《自然》杂志 发表了这一发现。 自从发表以来, 我们从互联网 收到了无数的评论。 也许我们可以看看其中的某些评论。·
“天呐!终于...... 有太多太多的新发现了:虚拟现实,神经控制,梦境的视觉再现,神经编码,’记忆的记录与再记录‘, 心理疾病,啊,未来太棒了”
量表, 这恰巧是我听过的 对我们的工作给出的最打动人的称赞 (笑声) 但你也将看到,这并不是唯一的观点。
史蒂夫:你首先会注意到人们 对这类研究有着非常强烈的观点。 我完全同意 第一条评论所体现的乐观性, 如果用零到摩根弗里曼的声音这一范围作为