對于不是《神探夏洛克》超級粉絲的人來(lái)說(shuō)，認知神經(jīng)科學(xué)家JaniceChen對這部英國廣播公司的熱播偵探劇的了解比大多數人多。當觀(guān)眾觀(guān)看這部電視劇的第一集然后描述其情節時(shí)，Chen能在腦部掃描儀的幫助下監視他們的腦子里正在發(fā)生什么。

Chen是美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)的研究人員。她聽(tīng)過(guò)各種關(guān)于一幕前期劇情，即一名女性在太平間和這位以冷漠著(zhù)稱(chēng)的偵探調情的不同描述。一些人認為夏洛克·福爾摩斯很粗魯，而在另一些人看來(lái)，他并未覺(jué)察到這名女性略帶緊張的挑逗。不過(guò)，當掃描觀(guān)眾的大腦時(shí)，Chen和同事發(fā)現了一些奇怪的事情：當不同的人就同一場(chǎng)景再次講述自己的版本時(shí)，他們的大腦產(chǎn)生了極其相似的活動(dòng)模式。

Chen是越來(lái)越多的利用大腦成像辨別同創(chuàng )建和回憶特定記憶相關(guān)的活動(dòng)模式的研究人員之一。過(guò)去10年間，人類(lèi)和動(dòng)物神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域強有力的技術(shù)創(chuàng )新正在使研究人員得以揭開(kāi)關(guān)于個(gè)人記憶如何形成、組織和相互作用的基本規律。

尋找印跡

單一記憶（也被稱(chēng)為印跡）的痕跡一直無(wú)法被追蹤到。美國心理學(xué)家KarlLashley是最早追尋它并將大半職業(yè)生涯用于此項探索的研究人員之一。從1916年開(kāi)始，他訓練小鼠跑著(zhù)穿過(guò)一個(gè)迷宮，然后破壞掉它們的大腦外表面——大量的腦皮質(zhì)。此后，Lashley再次將小鼠放到迷宮中。通常，受損的腦組織不會(huì )產(chǎn)生太大區別。年復一年，小鼠記憶的實(shí)體位置變得難以捉摸。Lashley在1950年總結這項雄心勃勃的任務(wù)時(shí)寫(xiě)道：“在審查關(guān)于記憶痕跡位置的證據時(shí)，我有時(shí)覺(jué)得必需的結論是學(xué)習是不可能的。”

事實(shí)證明，記憶是一種分布式的過(guò)程，不屬于大腦的任何一個(gè)區域。不同類(lèi)型的記憶涉及大腦中不同的區域。諸如海馬體等很多對于編碼和提取記憶至關(guān)重要的結構都位于腦皮質(zhì)外面，而Lashley在很大程度上未注意到它們。如今，大多數神經(jīng)科學(xué)家相信，特定的經(jīng)歷會(huì )引發(fā)這些區域的細胞子集放電、改變其基因表達、形成新的連接，并且改變現有連接的強度。這些變化共同存儲了記憶。根據現有理論，當這些神經(jīng)元再次放電并且重新播放同過(guò)去經(jīng)歷相關(guān)的活動(dòng)模式時(shí)，回憶便會(huì )發(fā)生。

不過(guò)，測試關(guān)于神經(jīng)元組如何儲存和提取特定信息的更高級理論仍具有挑戰性。只有在過(guò)去十年間關(guān)于標記、激活和沉默動(dòng)物體內特定神經(jīng)元的新技術(shù)出現，研究人員才得以闡明哪些神經(jīng)元構成了單一記憶。

加拿大多倫多兒童醫院神經(jīng)科學(xué)家SheenaJosselyn是幫助引領(lǐng)這一研究浪潮的科學(xué)家之一。她的一些早期研究捕捉到小鼠的印跡神經(jīng)元。2009年，Josselyn及其團隊提高了杏仁核（同處理恐懼相關(guān)的大腦區域）的一些細胞中被稱(chēng)為CREB的關(guān)鍵記憶蛋白水平，并且證實(shí)這些神經(jīng)元極有可能在小鼠學(xué)習并且隨后回憶一種將聽(tīng)覺(jué)音調和足底電擊聯(lián)系起來(lái)的可怕經(jīng)歷時(shí)放電。研究人員推斷，如果這些CREB水平被提高的細胞是恐懼印跡的重要部分，那么消除它們將“擦掉”同該音調相關(guān)的記憶并且移除小鼠對它的恐懼。為此，該團隊利用一種毒素殺死了這些神經(jīng)元。研究發(fā)現，小鼠永遠忘記了它們的恐懼。

技術(shù)進(jìn)步催生變革

對人類(lèi)進(jìn)行大腦成像的技術(shù)進(jìn)步，正在使研究人員得以縮小并且觀(guān)察構成印跡的大腦活動(dòng)范圍。使用最廣泛的技術(shù)——功能性磁共振成像（fMRI）無(wú)法對單個(gè)神經(jīng)元成像，但能展現不同大腦區域的各種活動(dòng)。傳統上，fMRI被用于挑選對各種任務(wù)作出最強烈反應的區域。但近年來(lái)，強有力的分析揭示了人們回憶特定經(jīng)歷時(shí)出現的不同的大腦活動(dòng)模式。“這是認知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域最重要的變革之一。”賓夕法尼亞大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家MichaelKahana表示。

一種名為多體素模式分析（MVPA）的技術(shù)的發(fā)展為這場(chǎng)變革提供了催化劑。這種有時(shí)被稱(chēng)為解碼大腦的統計手段通常將fMRI數據輸入可自動(dòng)學(xué)習同特定想法或經(jīng)歷相關(guān)的神經(jīng)模式的計算機程序。2005年，還在讀研究生的SeanPolyn（目前是范德堡大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家）幫助主導了一項首次將MVPA用于人類(lèi)記憶分析的開(kāi)創(chuàng )性研究。試驗中，志愿者們研究名人的照片、位置和常見(jiàn)物體。利用在此期間收集的fMRI數據，研究人員訓練計算機程序辨別同研究每個(gè)類(lèi)別相關(guān)的活動(dòng)模式。

隨后，當受試者躺在掃描儀上并且列舉出所有他們能記住的物品時(shí)，范疇化的神經(jīng)特征在作出反應前的幾秒鐘內再次出現。例如，在說(shuō)出某個(gè)名人的名字前，“像明星一樣”活動(dòng)模式出現，包括一個(gè)處理面部的腦皮質(zhì)區域被激活。這是關(guān)于人們提取特定記憶時(shí)大腦會(huì )重訪(fǎng)編碼該信息時(shí)所處狀態(tài)的直接證據之一。“這是一篇非常重要的論文。”Chen表示，“我認為自己的工作是這項研究的直接分支。”

融合記憶

隨著(zhù)新技術(shù)增加了對印跡的了解，科學(xué)家不僅開(kāi)始研究個(gè)人記憶如何形成，還開(kāi)始關(guān)注記憶如何相互作用并且隨著(zhù)時(shí)間流逝發(fā)生改變。

在紐約大學(xué)，神經(jīng)科學(xué)家LilaDavachi正利用MVPA研究大腦如何對共享重疊內容的記憶進(jìn)行分類(lèi)。2017年，在一項同AlexaTompary（當時(shí)是Davachi實(shí)驗室的研究生）合作開(kāi)展的研究中，他們向志愿者展示了128個(gè)物體的照片。每個(gè)物體都同4種場(chǎng)景里的一種配對，比如海灘景色伴隨著(zhù)杯子出現，都市風(fēng)光同傘配對。每個(gè)物體僅和一種場(chǎng)景同時(shí)出現，但很多不同物體伴隨著(zhù)同一場(chǎng)景出現。起初，當志愿者將物體同相應場(chǎng)景配對時(shí)，每個(gè)物體都會(huì )引發(fā)一種不同的大腦激活模式。但一周后，對于和相同場(chǎng)景配對的物體，在這項回憶任務(wù)期間出現的神經(jīng)模式變得更加相似。大腦根據共享的場(chǎng)景信息再次組織了記憶。“這種聚類(lèi)代表了學(xué)習要點(diǎn)信息的開(kāi)始。”Davachi介紹說(shuō)。

得克薩斯大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家AlisonPreston開(kāi)展的研究顯示，對相關(guān)信息進(jìn)行聚類(lèi)還能幫助人們利用此前知識學(xué)習新事物。在一項2012年的研究中，Preston團隊發(fā)現，當一些人觀(guān)看一組圖像（比如籃球和馬）并在隨后觀(guān)看另一組擁有共同物品（比如馬和湖泊）的圖像時(shí)，他們的大腦會(huì )重新激活同第一組圖像相關(guān)的模式。這種再激活似乎將相關(guān)的圖像組“綁在”一起。在學(xué)習期間展現出這種效應的受試者，能在隨后更好地辨別出未同時(shí)出現的兩張圖像之間的關(guān)聯(lián)（在上述情形下是籃球和湖泊）。“大腦正在產(chǎn)生代表了超出直接觀(guān)察范圍的信息和知識的連接。”Preston解釋說(shuō)，這一過(guò)程可在諸多日常活動(dòng)中派上用場(chǎng)，比如通過(guò)推斷一些已知路標之間的空間關(guān)系，在不熟悉的環(huán)境中導航。同時(shí)，將相關(guān)信息連接起來(lái)從而形成新的想法，對于培養創(chuàng )造性或者想象未來(lái)場(chǎng)景也很重要。