大腦記憶的原理_我們是如何記憶的(2)
怎樣增強(qiáng)記憶力
記憶，就是過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)在人腦中的反映。它包括識(shí)記、保持、再現(xiàn)、回憶三個(gè)基本過(guò)程。其形式有形象記憶、概念記憶、邏輯記憶、情緒記憶、運(yùn)動(dòng)記憶等。
記憶的大敵是遺忘。提高記憶力，實(shí)際就是盡量避免和克服遺忘。在學(xué)習(xí)活動(dòng)中只要進(jìn)行有意識(shí)的鍛煉，掌握記憶規(guī)律和方法，就能改善和提高記憶力。下面介紹增強(qiáng)記憶的十種方法。
1.注意集中。記憶時(shí)只要聚精會(huì)神、專心致志，排除雜念和外界干擾，大腦皮層就會(huì)留下深刻的記憶痕跡而不易遺忘。如果精神渙散，一心二用，就會(huì)大大降低記憶效率。
2.興趣濃厚。如果對(duì)學(xué)習(xí)材料、知識(shí)對(duì)象索然無(wú)味，即使花再多時(shí)間，也難以記住。
3.理解記憶。理解是記憶的基礎(chǔ)。只有理解的東西才能記的牢、記得久。僅靠死記硬背，則不容易記住。對(duì)于重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，如能作到理解和背誦相結(jié)合，記憶效果會(huì)更好。
4.過(guò)度學(xué)習(xí)。即對(duì)學(xué)習(xí)材料在記住的基礎(chǔ)上，多記幾遍，達(dá)到熟記、牢記的程度。過(guò)度學(xué)習(xí)的最佳程度是150%。
5.及時(shí)復(fù)習(xí)。遺忘的速度是先快后慢。對(duì)剛學(xué)過(guò)的知識(shí)，趁熱打鐵，及時(shí)溫習(xí)鞏固，是強(qiáng)化記憶痕跡、防止遺忘的有效手段。
6.經(jīng)常回憶。學(xué)習(xí)時(shí)，不斷進(jìn)行嘗試回憶，可使記憶錯(cuò)誤得到糾正，遺漏得到彌補(bǔ)，使學(xué)習(xí)內(nèi)容難點(diǎn)記的更牢。閑暇時(shí)經(jīng)?；貞涍^(guò)去識(shí)記的對(duì)象，也能避免遺忘。
7.讀、想、視、聽(tīng)相結(jié)合?？梢酝瑫r(shí)利用語(yǔ)言功能和視聽(tīng)覺(jué)器官的功能，來(lái)強(qiáng)化記憶，提高記憶效率，比單一默讀效果好的多。
8.運(yùn)用多種記憶手段。根據(jù)情況，靈活運(yùn)用分類記憶、特點(diǎn)記憶、諧音記憶、爭(zhēng)論記憶、聯(lián)想記憶、趣味記憶、圖表記憶、縮短記憶及編提綱、做筆記、卡片等記憶方法，均能增強(qiáng)記憶力。
9.掌握最佳記憶時(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，上午9~11時(shí)，下午3~4時(shí)，晚上7~10時(shí)，為最佳記憶時(shí)間。利用上述時(shí)間記憶難記的學(xué)習(xí)材料，效果較好。
10.科學(xué)用腦。在保證營(yíng)養(yǎng)、積極休息、進(jìn)行體育鍛煉等保養(yǎng)大腦的基礎(chǔ)上，科學(xué)用腦，防止過(guò)度疲勞，保持積極樂(lè)觀的情緒，能大大提高大腦的工作效率。這是提高記憶力的關(guān)鍵。
有益增強(qiáng)記憶力的食物:
常飲葡萄汁有益于延長(zhǎng)壽命。適當(dāng)飲用葡萄酒也有同樣效果，但由于酒精會(huì)對(duì)神經(jīng)產(chǎn)生麻痹作用，因而葡萄汁是更好選擇。葡萄汁中的抗氧化物質(zhì)含量高過(guò)其他任何水果和蔬菜，且可以提高神經(jīng)系統(tǒng)的傳輸能力。除了益壽延年，葡萄汁還可以在短期內(nèi)提高記憶力。
野生藍(lán)莓果富含抗氧化物質(zhì)，可以清除體內(nèi)雜質(zhì)。在小白鼠身上進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果表明，長(zhǎng)期攝取藍(lán)莓果能加快大腦海馬部神經(jīng)元細(xì)胞的生長(zhǎng)分化，提高記憶力，防止隨著年齡增長(zhǎng)，平衡和協(xié)調(diào)能力的減弱，還能減少高血壓和中風(fēng)的發(fā)生幾率。
其他增強(qiáng)記憶的食物
一些健腦食品，其實(shí)是常見(jiàn)的物美價(jià)廉之物。如蛋黃、大豆、瘦肉、牛奶、魚、動(dòng)物內(nèi)臟(心、腦、肝、腎)及胡蘿卜、谷類等。這些食物不僅含有豐富的卵磷脂，且容易消化，對(duì)兒童腦髓的發(fā)育也有積極的作用。
1?牛奶。富含蛋白質(zhì)、鈣及大腦必需的維生素B1、氨基酸。牛奶中的鈣最易吸收。用腦過(guò)度或失眠時(shí)，一杯熱牛奶有助入睡。
2?雞蛋。被營(yíng)養(yǎng)學(xué)家稱為完全蛋白質(zhì)模式，人體吸收率為99.7%。正常人每天一個(gè)雞蛋即可滿足需要。記憶力衰退的人每天吃5~6個(gè)，可有效改善記憶(不適宜膽固醇高的人)。孩子從小適當(dāng)吃雞蛋，有益發(fā)展記憶力;特別是蛋黃，蛋黃中含有蛋黃素、蛋鈣等腦細(xì)胞所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可增強(qiáng)大腦活力。。
3?魚類?？梢韵虼竽X提供優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)和鈣。淡水魚所含的脂肪酸多為不飽和脂肪酸，能保護(hù)腦血管，對(duì)大腦細(xì)胞活動(dòng)有促進(jìn)作用。
4?貝類。碳水化合物及脂肪含量非常低，幾乎是純蛋白質(zhì)，可以快速供給大腦大量的硌氨酸。因此可以大大激發(fā)大腦能量、提高情緒以及提高大腦功能。以貝類作開(kāi)胃菜，能最快地提高腦力。但是貝類比魚類更容易積聚海洋里的毒素和污染物質(zhì)。
5?味精。主要成分是谷氨酸鈉，是參加腦代謝的唯一氨基酸，會(huì)增加腦內(nèi)乙酰膽堿，能促進(jìn)智力發(fā)育，維持和改進(jìn)大腦機(jī)能，改善記憶力。
6?花生?；ㄉ葓?jiān)果富含卵磷脂，常食能改善血液循環(huán)、抑制血小板凝集、防止腦血栓形成，可延緩腦功能衰退、增強(qiáng)記憶、延緩衰老，是名符其實(shí)的“長(zhǎng)生果”。
7?小米。所含維B1和B2高于大米1~1?5倍。臨床觀察發(fā)現(xiàn)，吃小米有益于腦的保健，可防止衰老。
8?玉米。玉米胚中富含多種不飽和脂肪酸，有保護(hù)腦血管和降血脂作用。谷氨酸含量較高，能促進(jìn)腦細(xì)胞代謝，具有健腦作用。
9?黃花菜。黃花菜可以安神解郁，但不宜生吃或單炒，以免中毒，以干品和煮熟吃為好。
10?辣椒。維C含量居蔬菜之首，胡蘿卜素和維生素含量也很豐富。辣椒所含的辣椒堿能刺激味覺(jué)、增加食欲、促進(jìn)大腦血液循環(huán)?！袄薄蔽哆€是刺激人體內(nèi)追求事業(yè)成功的激素，使人精力充沛，思維活躍。生吃效果更好。
11?菠菜。含豐富的維A、C、B1和B2，是腦細(xì)胞代謝的最佳供給者之一。它還含有大量葉綠素，也具有健腦益智作用。
12?橘類。橘子、檸檬、廣柑、柚子等含有大量維A、B1和C，屬典型的堿性食物，可以消除大量酸性食物對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)造成的危害?？荚嚻陂g適量吃些橘子，能使人精力充沛。
13?菠蘿。含豐富維C和微量元素錳，而且熱量少，常吃有生津提神、提高記憶力的作用。
14?胡蘿卜。可以刺激大腦物質(zhì)交換，減輕背痛的壓力。
15?油梨。含大量的油酸，是短期記憶的能量來(lái)源。正常人每天半個(gè)油梨即可。
16?藻。含有豐富的葉綠素、維生素、礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)，可以改善記憶力和注意力。
17. 卷心菜:富含維生素B，能預(yù)防大腦疲勞。
18. 大豆:含有蛋黃素和豐富的蛋白質(zhì)，每天食用適量的大豆或豆制品，可增強(qiáng)記憶力。
19.木耳:含有蛋白質(zhì)、脂肪、多糖類、礦物質(zhì)、維生素等多種營(yíng)養(yǎng)成分，為補(bǔ)腦佳品。
20.杏子:含有豐富的維生素A、C，可有效地改善血液循環(huán)，保證腦供血充足，有利于大腦增強(qiáng)記憶。
大腦是如何記憶的
人類大腦是一個(gè)由約140億個(gè)神經(jīng)元組成的繁復(fù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。但過(guò)去我們只能間接地通過(guò)對(duì)人的行為的測(cè)試來(lái)觀測(cè)腦記憶的形成，即使像我們大家熟知的腦電圖、核磁共振等檢測(cè)儀器，也只能觀察到大腦活動(dòng)的一個(gè)“籠統(tǒng)”情況。
如今他們的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，就如同為人們觀察大腦活動(dòng)搭建了一個(gè)直觀的“平臺(tái)”，即通過(guò)檢測(cè)大腦編碼單元的活動(dòng)狀態(tài)直接解讀大腦在學(xué)習(xí)過(guò)程中記憶的形成。
96根微電極插入小鼠“海馬”
林龍年問(wèn)記者，你知道“海馬”嗎?這是一個(gè)與記憶密切相關(guān)的大腦結(jié)構(gòu)，因其形似海馬而得名;它負(fù)責(zé)將人們新的經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)期的記憶。海馬受損的病人會(huì)日復(fù)一日津津有味地閱讀同一張報(bào)紙，還總覺(jué)得自己是在看新聞(這一研究的另一位主持者錢卓，于1999年率研究小組，正是通過(guò)調(diào)節(jié)小鼠的海馬和前腦中的NR2B基因，在普林斯頓大學(xué)制造了著名的“聰明鼠”，揭示了學(xué)習(xí)與記憶過(guò)程中的重要分子機(jī)制)。
那么，記憶在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層次上又是如何編碼的呢?換句話說(shuō)，記憶在大腦中的物理形式是怎樣的呢?為了獲得這個(gè)對(duì)揭示大腦工作原理至關(guān)重要的答案，林龍年與錢卓一起，花了整整兩年，運(yùn)用最新的高密度多通道在體記錄技術(shù)，以小鼠為對(duì)象進(jìn)行了一系列的研究。
小鼠海馬腦區(qū)只有半粒米大小，為了盡可能多地觀測(cè)到單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)情況，研究小組研制了世界上最輕巧的精細(xì)微電極推進(jìn)器，把96根比頭發(fā)還細(xì)得多的微電極插入小鼠的海馬區(qū)域，成功地記錄到了多達(dá)幾百個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)情況??傳統(tǒng)的方法在小鼠上只能記錄到幾個(gè)至二十幾個(gè)神經(jīng)元。
“這一步非常重要，”林龍年博士介紹說(shuō)，“假如只能觀察到幾個(gè)神經(jīng)元，就談不上對(duì)神經(jīng)元群體的編碼進(jìn)行分析了。”
記憶如何“刻骨銘心”
接下來(lái)，研究人員設(shè)計(jì)了幾種新穎的行為模式來(lái)研究小鼠的神經(jīng)編碼，一種是在特定環(huán)境中給小鼠背部突然吹上一陣?yán)滹L(fēng)，就像武俠小說(shuō)中描寫的在月黑風(fēng)高之夜，一陣突如其來(lái)的嗖嗖陰風(fēng)會(huì)使人頓感毛骨悚然一樣，小鼠對(duì)這樣的刺激會(huì)感到驚恐。
另一種有趣的模式是，把小鼠放在特制的小電梯中做自由落體下降，如同人們?cè)诔俗碾娞萃蝗皇Э貕嬄涞倪^(guò)程中所獲得的記憶會(huì)刻骨銘心一樣，小鼠對(duì)這種極其刺激的經(jīng)驗(yàn)也會(huì)印象深刻?！坝捎谶@些經(jīng)歷能夠產(chǎn)生令人難忘的記憶，我們猜想大腦中會(huì)有許多神經(jīng)元參與這些記憶的編碼，因此我們希望通過(guò)巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與新記錄技術(shù)的結(jié)合，來(lái)探索和破譯大腦編碼的奧秘?！?/p>
其后的實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，小鼠的海馬區(qū)對(duì)這種驚嚇刺激果然有著各種各樣的放電反應(yīng)，根據(jù)它們的反應(yīng)特征，研究人員發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)元組成了記憶編碼的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元。
更有意義的是，這些編碼單元通過(guò)它們的激活狀態(tài)可以把任何一種驚嚇經(jīng)歷轉(zhuǎn)化成一串二進(jìn)制數(shù)字，這種數(shù)字化的編碼形式使得科學(xué)家們能夠?qū)Σ煌膫€(gè)體乃至不同種群動(dòng)物的大腦編碼活動(dòng)進(jìn)行直接的比較和分析。在觀察到了這一有趣的編碼方式后，錢卓教授曾感慨地說(shuō):“大腦記憶系統(tǒng)這種精美的操作設(shè)計(jì)真令人嘆服!”
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“海馬”編碼方式人鼠一致
人腦和鼠腦乃至世界上大多數(shù)哺乳動(dòng)物大腦的“海馬”，雖然神經(jīng)元數(shù)量不同，但所用的編碼方式都是一樣的。由此，科學(xué)家們推測(cè)，人的大腦很有可能利用同樣的原理來(lái)完成記憶之外的其他高級(jí)認(rèn)知功能，如情緒、思維、意識(shí)等。
林龍年41歲，華東師大“腦功能基因組學(xué)研究所”副教授。華東師范大學(xué)生物學(xué)系博士畢業(yè)，在美國(guó)普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)系錢卓實(shí)驗(yàn)室完成博士后工作。
2004年1月回國(guó)，主持教育部、上海市腦功能基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室神經(jīng)編碼網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺(tái)建設(shè)，擔(dān)任“大腦編碼分析實(shí)驗(yàn)室”學(xué)科帶頭人。他的主要研究方向是:學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)編碼機(jī)制。主要運(yùn)用在體記錄技術(shù)，從神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)水平研究大腦學(xué)習(xí)記憶過(guò)程中的群體神經(jīng)元編碼規(guī)律。
錢卓43歲，美國(guó)波士頓大學(xué)華裔教授，現(xiàn)任華東師范大學(xué)腦功能基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，教育部長(zhǎng)江講座教授。他于1999年首創(chuàng)單個(gè)基因植入技術(shù)，通過(guò)把復(fù)制的老鼠NR2B基因植入老鼠胚胎，提高其學(xué)習(xí)與記憶能力，成功培育出首批“聰明鼠”，由此證明了NR2B基因是控制大腦學(xué)習(xí)和記憶的“開(kāi)關(guān)”。這一成果被評(píng)為當(dāng)年世界十大科技成就。
上海實(shí)驗(yàn)室為破譯大腦是記憶密碼帶來(lái)可能
東方早報(bào)
人類的記憶到底在哪里?它在大腦的哪個(gè)層面存在?它是如何獲得、鞏固并被回憶的?昨天，41歲的林龍年博士站在華東師大上海腦功能基因組學(xué)研究所里宣布，他和美國(guó)波士頓大學(xué)的錢卓教授在世界上首次發(fā)現(xiàn)了大腦記憶的編碼單元，這被認(rèn)為是為解讀人類大腦密碼提供了可能性。
記憶在哪產(chǎn)生?
“我們?cè)诖竽X神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)層面發(fā)現(xiàn)了記憶活動(dòng)。”在進(jìn)行了2年半的實(shí)驗(yàn)研究后林龍年說(shuō)，這個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)層面的首個(gè)記憶研究成果，可能會(huì)對(duì)將來(lái)人類發(fā)現(xiàn)大腦秘密提供一把鑰匙。
大腦中的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)直接決定人類行為。目前世界上對(duì)人腦的研究在底層的基因分子層面和突觸(神經(jīng)元連接點(diǎn))、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)以及行為層面同步展開(kāi)。
林龍年博士與錢卓博士一起，運(yùn)用最新的高密度多通道在體記錄技術(shù)，以小鼠為對(duì)象進(jìn)行了一系列的研究。小鼠來(lái)自中科院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物所，25元一只。同時(shí)，他們還從美國(guó)采購(gòu)了部分轉(zhuǎn)基因小鼠用于將來(lái)的比對(duì)研究。
研究小組研制了世界上最輕巧的精細(xì)微電極推進(jìn)器，把96根比頭發(fā)還細(xì)得多的微電極插入小鼠的海馬區(qū)域，成功地記錄到了多達(dá)260個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)情況。在與記憶密切相關(guān)的大腦結(jié)構(gòu)中，海馬(因其形似海馬而得名)發(fā)揮著舉足輕重的作用，它負(fù)責(zé)將人們新的經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)期的記憶。小鼠海馬腦區(qū)只有半粒米大小，科學(xué)家們將實(shí)驗(yàn)的探測(cè)區(qū)域放在海馬腦區(qū)的CA1細(xì)胞層，也就是信息的“輸出層”，這里大約有緊密排列的20萬(wàn)至30萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元。
“這一步非常重要?！绷铸埬瓴┦拷榻B說(shuō)，假如只能觀察到幾個(gè)神經(jīng)元，就談不上對(duì)神經(jīng)元群體的編碼進(jìn)行分析了。而傳統(tǒng)的方法在小鼠上只能記錄到幾個(gè)至20幾個(gè)神經(jīng)元。人類大腦是一個(gè)由約140億個(gè)神經(jīng)元組成的繁復(fù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。迄今為止，對(duì)大腦功能的解讀，就像在基因密碼破譯之前人們只能通過(guò)基因的表型間接了解遺傳信息一樣，腦科學(xué)家們目前只能通過(guò)對(duì)行為的測(cè)試來(lái)間接檢測(cè)記憶的形成。技術(shù)上的突破使科學(xué)家能夠通過(guò)檢測(cè)大腦編碼單元的活動(dòng)狀態(tài)直接解讀大腦在學(xué)習(xí)過(guò)程中記憶的形成。
記憶怎樣產(chǎn)生?
一個(gè)事件帶來(lái)的驚恐、慌亂的記憶是怎么產(chǎn)生的?技術(shù)條件成熟后，科學(xué)家們開(kāi)始進(jìn)行情景實(shí)驗(yàn)收集大腦神經(jīng)元的反應(yīng)?！坝行┙?jīng)歷能夠產(chǎn)生令人難忘的記憶，我們猜想大腦中會(huì)有許多神經(jīng)元參與這些記憶的編碼?！卞X卓博士說(shuō)。
研究人員設(shè)計(jì)了幾種新穎的行為模式來(lái)研究小鼠的神經(jīng)編碼，一種是在特定環(huán)境中給小鼠背部突然吹上一陣?yán)滹L(fēng)。林龍年說(shuō)就像武俠小說(shuō)中描寫的在月黑風(fēng)高之夜，一陣突如其來(lái)的嗖嗖陰風(fēng)會(huì)使人頓感毛骨悚然一樣，小鼠對(duì)這樣的刺激會(huì)感到驚恐。它的神經(jīng)元活動(dòng)發(fā)生變化，有的變密集，有的變稀疏。把小鼠放在特制的小電梯中做自由落體下降，如同人們乘坐的電梯突然失控墜落的過(guò)程中所獲得的記憶會(huì)刻骨銘心一樣，小鼠對(duì)這種極其刺激的經(jīng)驗(yàn)也會(huì)印象深刻。
實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，在海馬的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中有許多神經(jīng)元對(duì)這種驚嚇刺激有著各種各樣的放電反應(yīng)，根據(jù)它們的反應(yīng)特征，研究人員發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)元組成了記憶編碼的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元(codingunits)。更有意義的是，這些編碼單元通過(guò)它們的激活狀態(tài)可以把任何一種驚嚇經(jīng)歷轉(zhuǎn)化成一串二進(jìn)制數(shù)字，這種數(shù)字化的編碼形式使得科學(xué)家們能夠?qū)Σ煌瑐€(gè)體乃至不同種群動(dòng)物的大腦編碼活動(dòng)進(jìn)行直接的比較和分析。
“我們認(rèn)為大腦很有可能利用同樣的原理來(lái)完成其他一系列的高級(jí)認(rèn)知功能?！卞X卓博士說(shuō)。
中美聯(lián)手破譯大腦記憶密碼
科學(xué)時(shí)報(bào)
華東師范大學(xué)腦功能基因組學(xué)研究所林龍年副教授與美國(guó)波士頓大學(xué)錢卓教授(現(xiàn)任該校教育部長(zhǎng)江講座教授、腦功能基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任)，在世界上首次發(fā)現(xiàn)大腦記憶的編碼單元與大腦密碼的解讀方法，這一重要研究成果即將發(fā)表于最新一期的《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》上。
美國(guó)《波士頓環(huán)球報(bào)》在4月12日對(duì)這項(xiàng)重要成果進(jìn)行了全面報(bào)道。美國(guó)科學(xué)院院士、著名神經(jīng)學(xué)家Tom Sudhof教授評(píng)價(jià)說(shuō):“肯定會(huì)對(duì)神經(jīng)領(lǐng)域的研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。”
人類大腦是一個(gè)由約140億個(gè)神經(jīng)元組成的繁復(fù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。就像在基因密碼破譯之前人們只能通過(guò)基因的表型間接了解遺傳信息一樣，迄今為止，腦科學(xué)家們對(duì)大腦功能的解讀只能通過(guò)對(duì)行為的測(cè)試來(lái)間接檢測(cè)記憶的形成。此次突破使科學(xué)家有可能通過(guò)檢測(cè)大腦編碼單元的活動(dòng)狀態(tài)，直接解讀大腦在學(xué)習(xí)過(guò)程中記憶的形成。
在與記憶密切相關(guān)的大腦結(jié)構(gòu)中，“海馬”(因其形似海馬而得名)發(fā)揮著舉足輕重的作用，它負(fù)責(zé)將人們新的經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)期的記憶?！昂ｑR”受損的病人，對(duì)眼前剛經(jīng)歷的事毫無(wú)記憶，這樣的病人會(huì)日復(fù)一日津津有味地閱讀同一張舊報(bào)紙，而自己還覺(jué)得是在看新聞。1999年，錢卓和其領(lǐng)導(dǎo)的研究小組正是通過(guò)調(diào)節(jié)小鼠的海馬和前腦中的NR2B基因，在美國(guó)普林斯頓大學(xué)制造了著名的“聰明鼠”，揭示了學(xué)習(xí)與記憶過(guò)程中的重要分子機(jī)制。
那么，記憶在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層次上又是如何編碼的呢?換句話說(shuō)，記憶在大腦中的物理形式是怎樣的呢?為了獲得這個(gè)對(duì)揭示大腦工作原理至關(guān)重要的答案，林龍年與錢卓一起運(yùn)用最新的高密度多通道在體記錄技術(shù)，以小鼠為對(duì)象進(jìn)行了一系列的研究。
小鼠海馬腦區(qū)只有半粒米大小，在它的CA1細(xì)胞層大約有緊密排列的20萬(wàn)至30萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元，為了盡可能多的觀測(cè)到單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)情況，研究小組研制了世界上最輕巧的精細(xì)微電極推進(jìn)器，把96根比頭發(fā)還細(xì)得多的微電極插入小鼠的海馬區(qū)域，成功地記錄到了多達(dá)幾百個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)情況，而傳統(tǒng)的方法在小鼠上只能記錄到幾個(gè)至二十幾個(gè)神經(jīng)元?！斑@一步非常重要，”林龍年介紹說(shuō)，“假如只能觀察到幾個(gè)神經(jīng)元，就談不上是對(duì)神經(jīng)元群體的編碼進(jìn)行分析?！?/p>
接下來(lái)，研究人員設(shè)計(jì)了幾種新穎的行為模式來(lái)研究小鼠的神經(jīng)編碼，一種是在特定環(huán)境中給小鼠背部突然吹上一陣?yán)滹L(fēng)，小鼠對(duì)這樣的刺激會(huì)感到驚恐。另一種有趣的模式是，把小鼠放在特制的小電梯中做自由落體下降，小鼠對(duì)這種極其刺激的經(jīng)驗(yàn)也會(huì)印象深刻。“由于這些經(jīng)歷能夠產(chǎn)生令人難忘的記憶，我們猜想大腦中會(huì)有許多神經(jīng)元參與這些記憶的編碼，因此我們希望通過(guò)巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與新記錄技術(shù)的結(jié)合，來(lái)探索和破譯大腦編碼的奧秘?！卞X卓說(shuō)。
其后的實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，在海馬的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中有許多神經(jīng)元對(duì)這種驚嚇刺激果然有著各種各樣的放電反應(yīng)。根據(jù)它們的反應(yīng)特征，研究人員發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)元組成了記憶編碼的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元。更有意義的是，這些編碼單元通過(guò)它們的激活狀態(tài)可以把任何一種驚嚇經(jīng)歷轉(zhuǎn)化成一串二進(jìn)制數(shù)字，這種數(shù)字化的編碼形式使得科學(xué)家們能夠?qū)Σ煌膫€(gè)體乃至不同種群動(dòng)物的大腦編碼活動(dòng)進(jìn)行直接的比較和分析。
“大腦記憶系統(tǒng)這種精美的操作設(shè)計(jì)令人嘆服，我們認(rèn)為大腦很有可能利用同樣的原理來(lái)完成其他一系列的高級(jí)認(rèn)知功能?！卞X卓說(shuō)，“這項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家‘973’項(xiàng)目、教育部和上海市的支持，同時(shí)為華東師大腦功能基因組學(xué)研究所今后在腦認(rèn)知科學(xué)的前沿領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步探索提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！?/p>
戴上一頂非常精密的“儀器帽”，就能在電腦顯示屏上清楚地“讀”出你在想什么---這種科幻片中常常出現(xiàn)的情景，昨天就在華東師范大學(xué)腦功能基因組學(xué)研究所上演。不過(guò)，戴“帽子”的是灰色小老鼠。
該研究所林龍年副教授與美國(guó)波士頓大學(xué)錢卓教授合作，在世界上首次發(fā)現(xiàn)了大腦記憶的編碼單元，并使人類能夠通過(guò)儀器監(jiān)控直接看到大腦在學(xué)習(xí)過(guò)程中是如何形成記憶的。這一重要研究成果發(fā)表于最新一期的《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》(ProceedingsoftheNationalA-cademyofScience)。
獲取大腦密碼小鼠主演“恐怖片”
為了獲取大腦記憶的“密碼”，科學(xué)家設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的“恐怖片”，讓幾只試驗(yàn)用的小鼠充當(dāng)主角。
首先在小鼠頭上戴一個(gè)特殊的“帽子”---這是研究小組研制出的世界上最輕巧的精細(xì)微電極推進(jìn)器，96根比頭發(fā)絲細(xì)得多的微電極就插在小鼠大腦的海馬區(qū)域，這里是形成長(zhǎng)久記憶的關(guān)鍵區(qū)域。這些微電極能夠記錄到小鼠260個(gè)腦神經(jīng)元的活動(dòng)情況，并將其顯示在電腦屏幕上。
然后，科學(xué)家設(shè)置了三個(gè)恐怖情節(jié)。一是“月黑風(fēng)高夜”，就是在特定環(huán)境中給小鼠背部突然吹一股冷風(fēng)，讓它毛骨悚然;二是“電梯失控下墜”，就是把小鼠放在特制的小電梯中，做自由落體下降，猛然著地;三是“地震刺激”，小鼠被放在特制小電梯中，然后電梯突然猛烈地左右搖晃。
“由于這些經(jīng)歷能夠產(chǎn)生令人難忘的記憶，我們猜想大腦中會(huì)有許多神經(jīng)元參與這些記憶的編碼，因此我們希望通過(guò)巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與新記錄技術(shù)的結(jié)合，來(lái)探索和破譯大腦編碼的奧秘。”錢卓博士說(shuō)。
破譯大腦密碼“讀”懂小鼠所“思”
事實(shí)證明科學(xué)家的設(shè)想是有道理的?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，小鼠每次經(jīng)歷“險(xiǎn)境”時(shí)，在海馬區(qū)域的許多神經(jīng)元對(duì)這種驚嚇刺激果然有著各種各樣的放電反應(yīng)。而且，研究人員發(fā)現(xiàn)，一小撮神經(jīng)元能夠組成記憶編碼的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元(codingunits)，對(duì)于相同的刺激，這一小搓神經(jīng)元的反應(yīng)基本相同;而對(duì)于另一些刺激，這一小搓神經(jīng)元可能毫無(wú)反應(yīng)。
很顯然，現(xiàn)在可以推斷出這些不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元可能對(duì)應(yīng)不同的感受，但是，要真正“讀”懂這個(gè)小鼠的“想法”，難度非常大。林龍年也認(rèn)為，要讀懂這些密碼是整個(gè)實(shí)驗(yàn)中最艱難的部分。
科學(xué)家們通過(guò)這些編碼單元的激活與否，把每一種驚嚇經(jīng)歷轉(zhuǎn)化成一串二進(jìn)制數(shù)字，這種數(shù)字化的編碼形式使得科學(xué)家們能夠?qū)Σ煌膫€(gè)體乃至不同種群動(dòng)物的大腦編碼活動(dòng)進(jìn)行直接的比較和分析。
在分析了大量的神經(jīng)元活動(dòng)情況之后，林龍年和他的同事們終于“讀”懂了這個(gè)“天書”。他們現(xiàn)在已經(jīng)可以根據(jù)小鼠神經(jīng)元的活動(dòng)情況，反推出當(dāng)時(shí)小鼠是受到了哪種驚嚇刺激，正確率100%。
可適用于人類讀人類思維理論可行
雖然目前林龍年的實(shí)驗(yàn)對(duì)象只是小鼠，但是，這為人類最終大腦的記憶密碼提供了一把鑰匙。因?yàn)槿四X和鼠腦乃至世界上大多數(shù)哺乳動(dòng)物大腦的“海馬”所用編碼方式都是一樣的，因此，科學(xué)家們推測(cè)，人的大腦很可能利用同樣的原理來(lái)完成記憶之外的其它高級(jí)認(rèn)知功能。
這是否意味著，以后在人的腦袋上也戴一個(gè)同樣的機(jī)器“帽子”，然后我們就可以坐在電腦前“看”他在想些什么?林龍年表示這從理論上來(lái)說(shuō)是可能的，但從技術(shù)操作上難度太大。
首先，人類大腦有140億個(gè)神經(jīng)元，目前最先進(jìn)的儀器也只能讀到小鼠的260個(gè)神經(jīng)元，所以要研發(fā)出一種能夠監(jiān)控140億個(gè)神經(jīng)元的“帽子”難度非常大。其次，這個(gè)“帽子”要戴到腦子里面去，給人的大腦插上電極還有倫理和實(shí)際操作方面的困難。
人腦記憶可研制獨(dú)立思考機(jī)器人
林龍年表示，一旦人類大腦的記憶原理完全被，就可以據(jù)此研制出具有人類思維方式的機(jī)器人，他們能夠獨(dú)立思考，懂得聯(lián)想，甚至有情有義。這種前景讓人又喜又憂，可能是美麗的畫卷，也可能給人類帶來(lái)滅頂之災(zāi)。當(dāng)然，這種構(gòu)想還非常遙遠(yuǎn)，但卻再次證明了科學(xué)是把雙刃劍。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)
我聽(tīng)到了小鼠的思考
“咔嗒、咔嗒---”這不是小鬧鐘的秒針走過(guò)的聲音，而是一只灰色的小老鼠“思考”的聲音。記者昨天在林龍年副教授的實(shí)驗(yàn)室中，通過(guò)儀器聽(tīng)到了小鼠大腦神經(jīng)元的活動(dòng)聲，努力聽(tīng)懂這種聲音，就是科學(xué)家們正在從事的研究項(xiàng)目。
小鼠頭上插著一個(gè)特制的精細(xì)微電極推進(jìn)器，這是監(jiān)控它大腦活動(dòng)的“探頭”。為了幫小鼠“減負(fù)”，科學(xué)家在這個(gè)推進(jìn)器上方系了一個(gè)老虎形狀的大氣球，免得壓得小鼠抬不起頭來(lái)。
這只小鼠正在自己的“窩”里玩玩具---幾個(gè)木制的汽車、娃娃。從顯示器上看，它的大腦神經(jīng)元活動(dòng)很平靜，“咔嗒咔嗒”的神經(jīng)元活動(dòng)聲也很均勻。這時(shí)，林龍年伸手過(guò)去，它機(jī)警地躲開(kāi)，而顯示屏上顯示的神經(jīng)元活動(dòng)立即密集起來(lái)，很多原來(lái)未激活的神經(jīng)元都活躍起來(lái)，“咔嗒”聲的節(jié)奏也有所變化?？磥?lái)，小鼠對(duì)于敵人“入侵”產(chǎn)生了一些“想法”。
林龍年坦言，目前他們也沒(méi)有完全讀懂小鼠的心思，只有幾種特定的驚嚇情況能夠讀懂，而一些平和的情緒還有待研究。
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