概要：借助新興的腦部成像技術(shù)，神經(jīng)科學(xué)家們得以“看到”與特定記憶相關(guān)的特定神經(jīng)細胞，了解記憶形成和喚起的規律，并成功地重新激活記憶通路。

《神探夏洛克》中福爾摩斯在停尸間的初次登場(chǎng)，給不同觀(guān)眾留下了不同的回憶。他對法醫茉莉是態(tài)度粗魯，抑或只是對茉莉的緊張無(wú)知無(wú)覺(jué)？

有意思的是，盡管不同觀(guān)眾回憶這個(gè)場(chǎng)景會(huì )講述不一樣的故事，但他們的腦部活動(dòng)基本相同。

美國約翰霍普金斯大學(xué)的認知神經(jīng)科學(xué)家JaniceChen最近在做的一項研究，就是讓志愿者們觀(guān)看《神探夏洛克》第一集，然后復述情節，同時(shí)掃描他們的腦部圖像特征。

記憶是個(gè)古老的謎題。記憶儲存在哪里？為何被喚起？為何會(huì )出現偏差？借助新興的腦部成像技術(shù)，神經(jīng)科學(xué)家們得以“看到”與特定記憶相關(guān)的特定神經(jīng)細胞，了解記憶形成和喚起的規律，并成功地重新激活記憶通路。

福爾摩斯對茉莉是粗魯,抑或只是無(wú)知無(wú)覺(jué)？不同的觀(guān)眾看完留下不同的記憶

“我們正處于黃金時(shí)代”，Josselyn說(shuō)道，“我們有了解答古老問(wèn)題的技術(shù)。”

也許終有一日，我們可以知道年邁時(shí)為何會(huì )記憶力衰退，目擊證人的記憶為何會(huì )出現偏差，從而改進(jìn)記憶和學(xué)習的策略。

最新一期《自然》雜志發(fā)表的一篇綜述性文章，詳細介紹了近年來(lái)通過(guò)腦部成像研究記憶取得的進(jìn)展。

尋找“印跡”

“印跡”是理論上儲存單個(gè)記憶的路徑。美國心理學(xué)家KarlLashley是記憶“印跡”最早的追蹤者之一。從1916年起，他訓練大鼠穿越簡(jiǎn)單的迷宮，然后破壞大腦皮層的不同位置，把大鼠再次放到迷宮中。不過(guò)，這些破壞似乎都沒(méi)有讓大鼠忘記如何走出迷宮。年復一年，大鼠的迷宮“印跡”依然無(wú)法定位。

記憶印跡十分分散，并不集中在大腦的某個(gè)特定區域，而且不同的記憶涉及不同大腦區域的拼接。除了大腦皮層外，海馬體也是很重要的部分，而Lashley完全遺漏了這一塊。

現代神經(jīng)科學(xué)家認為，特定的經(jīng)歷會(huì )激活一組特定的細胞，改變他們的基因表達，建立全新的聯(lián)系，改變現有細胞聯(lián)系的強度——記憶由此完成存儲。而當這些細胞再次激活，重演與過(guò)去經(jīng)歷相聯(lián)系的細胞活動(dòng)，回憶就產(chǎn)生了。

以上是記憶理論上的基本框架和原則。不過(guò)，要驗證特定的神經(jīng)元如何存儲和讀取特定的信息，難度很大。近幾年神經(jīng)科學(xué)家們掌握了標記、激活和沉默特定動(dòng)物神經(jīng)元的新興技術(shù)，才能定位組成單個(gè)記憶的神經(jīng)元。

多倫多兒童醫院的SheenaJosselyn帶動(dòng)了一波尋找小鼠印跡神經(jīng)元的研究。2009年，Josselyn團隊提高了小鼠杏仁體內特定細胞的CREB蛋白水平。CREB是一種與記憶相關(guān)的關(guān)鍵蛋白，而杏仁體參與處理恐懼這種情感。他們發(fā)現，這些神經(jīng)元極易在小鼠習得、回憶一種在聲音與足部電擊間建立的恐懼性聯(lián)想時(shí)激活。研究者們推理，如果這些CREB蛋白水平激增的神經(jīng)元是恐懼印跡的一部分，那么消除它們就能消除恐懼記憶。果然，Josselyn團隊用毒素殺死了CREB蛋白水平提高的神經(jīng)元，小鼠在聽(tīng)到聲音時(shí)再也不恐懼了。

數月后，加州大學(xué)AlcinoSilva做出了類(lèi)似的實(shí)驗，成功通過(guò)抑制CREB蛋白水平過(guò)高的神經(jīng)元抑制住了小鼠的恐懼。這些CREB蛋白水平高的神經(jīng)元比起周?chē)毎麚碛懈叩碾娕d奮度，這可能是一種準備好記錄信息的狀態(tài)。

不過(guò)，抑制記憶只講了一半的故事，科學(xué)家們只有人為制造特定的記憶，才能說(shuō)明他們真的找到了印跡。

標記、喚醒和抑制小鼠的恐懼記憶

2012年，麻省理工學(xué)院的SusumuTonegawa團隊將海馬體中的神經(jīng)元作了光敏標記處理。他們給予小鼠足部電擊，相關(guān)的神經(jīng)元應激產(chǎn)生大量光敏蛋白質(zhì)，這樣，研究者就能找到組成印跡的那些。研究者們再用激光激活這些神經(jīng)元，就喚醒了小鼠的痛苦記憶。

Tonegawa團隊還做了一個(gè)“移花接木”的后續實(shí)驗，他們將小鼠放在“電擊箱”中給予電擊，同時(shí)激活“安全箱”的印跡神經(jīng)元。當研究人員把小鼠放回到“安全箱”中，它們嚇得一動(dòng)不動(dòng)。這說(shuō)明，小鼠的恐懼記憶被成功地“偷換”了。

在這些實(shí)驗中，科學(xué)家們成功地定位到了特定的神經(jīng)元。不過(guò)，這些海馬體和杏仁體中的細胞只是組成整體印跡的一小部分。聲音-足部電擊的恐懼性聯(lián)想，涉及到視覺(jué)、嗅覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等無(wú)數感知系統，Silva猜測，有10到30個(gè)大腦部位參與其中。

勾勒輪廓

腦部成像技術(shù)的發(fā)展使科學(xué)家們得以勾勒記憶印跡的整體輪廓。功能性磁共振成像（fMRI）不能分辨單個(gè)神經(jīng)元，但能顯示跨越大腦不同部位的神經(jīng)活動(dòng)。fMRI傳統上被用于尋找與特定任務(wù)關(guān)聯(lián)最強的大腦區域，現在，神經(jīng)科學(xué)家們用它分析人們回憶特定經(jīng)歷時(shí)的特征性跡象和全腦活動(dòng)。賓夕法尼亞大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家MichaelKahana說(shuō)道：“這是認知神經(jīng)科學(xué)最重大的革命之一。”

多體素圖樣分析（MVPA）則是這場(chǎng)革命的催化劑，也被稱(chēng)為大腦解碼器。輸入fMRI的圖像數據后，算法就能自動(dòng)學(xué)習與特定想法或經(jīng)歷相關(guān)的神經(jīng)元特征。

范德比特大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家SeanPolyn主導了一項極具啟發(fā)意義的人類(lèi)實(shí)驗。志愿者們被要求觀(guān)察名人、地點(diǎn)和日常物體的圖片，fMRI全程收集腦部圖像數據，輸入計算機，識別與每種東西相關(guān)的腦補活動(dòng)特征。

接著(zhù)，志愿者們躺在成像儀中說(shuō)出他們能夠記起的所有東西，結果是，在他們說(shuō)出那個(gè)名詞前幾秒，腦部就出現了相關(guān)的特征。這個(gè)實(shí)驗首次直接證明了，當人類(lèi)回想特定的記憶，大腦會(huì )再現相同的活動(dòng)。

本文開(kāi)頭的“神探夏洛克”研究，就是受此啟發(fā)的細化研究。Chen發(fā)現，《神探夏洛克》第一集中的50個(gè)場(chǎng)景都有特征性的腦部活動(dòng)，可以彼此區分開(kāi)來(lái)。而盡管大家回憶起某個(gè)場(chǎng)景時(shí)的理解和視角不同，但他們在海馬體、后內側皮層等高級處理區的特征是一樣的，甚至，并沒(méi)有看過(guò)這一集，但聽(tīng)別人說(shuō)過(guò)的人，也有相似的腦部特征。

這些細化研究表明，記憶的過(guò)程雖然十分復雜，但不同人的記憶方式其實(shí)頗為相似。

記憶融合

用新技術(shù)勾勒記憶印跡的輪廓后，科學(xué)家們開(kāi)始研究記憶之間的聯(lián)系，和記憶隨時(shí)間的變化。

紐約大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家LilaDavachi正用MVPA研究大腦是如何對內容有重疊的記憶進(jìn)行分類(lèi)。在2017年的一項實(shí)驗中，他給志愿者們展示了128個(gè)物體的圖片，每樣物體匹配4種場(chǎng)景中的一種。比如馬克杯和鍵盤(pán)匹配沙灘場(chǎng)景，雨傘匹配城市場(chǎng)景。每種物體只會(huì )出現在一種場(chǎng)景中，一個(gè)場(chǎng)景卻可匹配多個(gè)物體。

一開(kāi)始，當志愿者們回想每個(gè)物體歸屬哪個(gè)場(chǎng)景，每次都展現出特征性的大腦活動(dòng)特征。一周后，與同一個(gè)場(chǎng)景匹配的物體引發(fā)的腦部活動(dòng)開(kāi)始趨同。顯然，大腦按照場(chǎng)景對這些記憶進(jìn)行了組織。“這個(gè)實(shí)驗展現了學(xué)習‘核心’信息的第一步。”Davachi說(shuō)道。

這也能幫助人類(lèi)利用已有的知識學(xué)習新事物。得州大學(xué)的AlisonPreston在2012年進(jìn)行了一項實(shí)驗，當志愿者們先觀(guān)看一張有籃球和馬的照片，再觀(guān)看一張有馬和湖泊的照片，有一部分人的腦部活動(dòng)重現了觀(guān)看第一張圖片時(shí)的特征。這部分人能更快地識別有相同物體的新圖片，比如籃球和湖泊在一起的圖片。

大腦這種建立聯(lián)想的能力，幫助人類(lèi)處理很多日常活動(dòng)，比如通過(guò)幾個(gè)已知地標在陌生的環(huán)境里認路。

在后續的實(shí)驗中，Preston還發(fā)現當短期內獲得了若干記憶，它們最后會(huì )融合在一起。Silva也得出了相同的結論。實(shí)驗人員在一個(gè)籠子里對小鼠實(shí)施足部電擊后，它們對之前幾小時(shí)內待過(guò)的籠子也心生恐懼。分析發(fā)現，編碼了一種記憶的神經(jīng)元會(huì )保持至少5小時(shí)的高度興奮，制造記憶印跡重疊的時(shí)間窗。

我們由此對個(gè)體記憶形成整體世界觀(guān)的神經(jīng)學(xué)機制有了更多的了解。Josselyn說(shuō)道：“我們的記憶不是一座座信息的孤島。我們會(huì )建立概念，聯(lián)想具有相同線(xiàn)索的事物。”

這種靈活性也有代價(jià)，就是記憶會(huì )被扭曲，部分記憶細節在抽象化歸檔的過(guò)程中丟失。“記憶是不穩定的。”Preston說(shuō)道。