研究人員為(wei) 老鼠開發迷宮實驗

　　尋找大腦的記憶存儲(chu) “芯片”

　　◎宋聞凱 實習(xi) 記者 朱 璽

　　無論是小朋友第一次記住回家的路，還是在朋友生日的時候第一時間送上祝福，在人類的高級認知活動中，記憶無疑擁有不可替代的重要地位——人類之所以能夠認識世界和改造世界，關(guan) 鍵在於(yu) 人類大腦有超凡的思維能力和記憶能力。那麽(me) ，大腦的記憶存儲(chu) “芯片”在哪兒(er) ？大腦如何進行記憶分類檢索和控製？

　　3月31日刊載於(yu) 美國有線電視新聞網站上的一則研究將人們(men) 的視線拉回記憶這一話題。在這項研究中，紐約洛克菲勒大學的研究人員為(wei) 老鼠開發了一個(ge) 迷宮實驗，試圖解開長時記憶的存儲(chu) 之謎。

　　探秘人類記憶加工廠

　　從(cong) 保持時間長短上看， 記憶可以分為(wei) 感覺記憶、短時記憶和長時記憶。人的感覺記憶類似鍵盤和攝像頭，從(cong) 外界感知到的視覺、聽覺等所有刺激在轉化為(wei) 信息之後都會(hui) 在感覺記憶中登記。它隻能保持極短的時間，容量也極為(wei) 有限。大部分信息在感覺記憶階段就會(hui) 消失，少部分信息因得到注意而進入短時記憶並在幾分鍾內(nei) 指導人們(men) 執行決(jue) 策，幫助人們(men) 完成當下的任務。但短時記憶的容量也較為(wei) 有限。隨後，一些重要的短時記憶被進一步加工，進入長時記憶的“倉(cang) 庫”，保存幾天甚至幾年、幾十年的時間。長時記憶的容量一般被認為(wei) 上限很高，甚至沒有明顯上限。但與(yu) 短時記憶相比，其回憶和再認是一大難點，也是記憶相關(guan) 訓練著重加強的部分。

　　那麽(me) ，這些不同類型的記憶都儲(chu) 存在大腦的哪個(ge) 區域呢？

　　一般認為(wei) ，記憶形成信號主要存儲(chu) 在大腦皮層、小腦、海馬體(ti) 和杏仁核等大腦結構中。其中，大腦皮層和海馬體(ti) 是與(yu) 記憶相關(guan) 的關(guan) 鍵部位。位於(yu) 內(nei) 側(ce) 顳葉的海馬區是記憶加工的重要場所，這個(ge) 海馬狀結構位於(yu) 太陽穴向內(nei) 幾厘米，對短時記憶的加工、存儲(chu) 以及長時記憶的提取都尤為(wei) 重要。記憶能力與(yu) 海馬體(ti) 的激活、海馬體(ti) 中新神經元的產(chan) 生速度以及海馬體(ti) 結構的大小相關(guan) 。2006年，一項發表於(yu) 《科學》雜誌的研究利用電生理和分子生物學技術，解釋了內(nei) 側(ce) 顳葉損失之後人類無法建立新記憶的原因。

　　隨著時間的推移，形成已久的記憶逐漸表現出獨立於(yu) 海馬體(ti) 的趨勢。20世紀中後期和本世紀初的研究都表明，短時記憶主要由海馬組織加工，而長時記憶很大程度上依賴大腦皮層，例如前額葉和前扣帶回皮質等聯合皮層區域。大腦皮層是整個(ge) 中樞神經的最高級中樞，其高度進化也是哺乳動物進化的標誌。其中位於(yu) 兩(liang) 眼正中間的前額葉皮層與(yu) 語言記憶等高級認知功能密切相關(guan) 。海馬體(ti) 能處理儲(chu) 存的信息較為(wei) 有限，因此適合處理短時需要注意的信息，而隨著海馬體(ti) 與(yu) 皮層的溝通，短時記憶進入長時記憶，前額葉皮層也不斷被激活，長時記憶最終被固化下來。

　　2021年，複旦大學學者發表在《自然·通訊》雜誌的研究論文進一步顯示，長時記憶中的語義(yi) 記憶和情景記憶擁有一個(ge) 共用的神經環路，二者更好的提取可能跟左側(ce) 額下回和前島葉皮層等區域與(yu) 腹內(nei) 側(ce) 前額葉皮層功能連接的弱化有關(guan) 。

　　腦科學研究走向深入

　　近年來，隨著研究深入，我們(men) 對記憶的認識有了以下幾方麵進展。

　　首先，科學家逐漸意識到，記憶並不是像倉(cang) 庫裏的商品一樣固定地儲(chu) 存在某個(ge) 腦區裏。“並不是說每段記憶都會(hui) 被存放在一個(ge) 細胞裏，然後填滿整個(ge) 大腦。”美國密蘇裏大學的認知心理學家尼爾森·科萬(wan) 指出。記憶的過程依賴不同大腦結構之間的網狀連接，以及由此形成的具有不同功能的神經環路。這些被激活的神經元可以看作一個(ge) 個(ge) 信號單位，它們(men) 按順序被激發而構成的神經環路中的神經編碼，就代表一組記憶。

　　其次，人們(men) 對與(yu) 記憶相關(guan) 的大腦結構有了更精細化的認識。從(cong) 海馬體(ti) 到大腦皮層之間的神經通路也在逐漸被填補。在文章開頭提到的研究中，來自美國洛克菲勒大學的研究人員發現連接海馬體(ti) 和大腦皮層的一個(ge) 大腦區域——前端丘腦，是記憶鞏固過程的關(guan) 鍵。

　　在這項研究中，為(wei) 了弄清楚在海馬體(ti) 的短期任務和大腦皮層的長時記憶之間發生了什麽(me) ，科學家們(men) 需要記錄大腦連續幾周內(nei) 的活動。現有的電生理研究可以同時捕捉多個(ge) 腦區，但在時間尺度上較為(wei) 受限。傳(chuan) 統的顯微鏡雖然可以記錄數周的大腦活動，但它們(men) 一般隻能關(guan) 注大腦的一個(ge) 狹窄區域。

　　於(yu) 是，研究人員開發了一種新的三通路單細胞成像技術，在幾周內(nei) 觀察追蹤海馬體(ti) 和大腦皮層中間區域中的神經元，以此研究小鼠的記憶如何鞏固。他們(men) 讓小鼠在一個(ge) 不斷旋轉的泡沫塑料球上原地跑步，同時觀看虛擬現實迷宮，就像超級馬裏奧遊戲中那樣。迷宮裏有些是高級獎勵，有些是消極刺激。一個(ge) 月後，這些小鼠隻記得那些包含獎勵的區域。

　　在這個(ge) 過程中，研究人員不斷記錄小鼠的記憶過程並測量其神經回路的差異。他們(men) 後續的研究發現，前端丘腦這一結構在小鼠的記憶鞏固中起著關(guan) 鍵作用。在隨後的兩(liang) 個(ge) 實驗中，研究人員發現，抑製前端丘腦會(hui) 破壞小鼠長期記憶的形成。反之，強化前端丘腦會(hui) 保留原本不會(hui) 被長期儲(chu) 存的記憶，並使它們(men) 繼續保持下去。

　　北京腦科學與(yu) 類腦研究中心的博士後研究員趙韶苓表示，這項研究的意義(yi) 在於(yu) ，它利用新的成像技術在時間和空間尺度上同時進行了突破性拓展，同時也發掘出前端丘腦這個(ge) 促進記憶由起點向終點轉變的“守門員”，為(wei) 進一步揭示短期記憶與(yu) 長期記憶的關(guan) 係打開了突破口。

　　她指出，該研究有望在未來應用於(yu) 與(yu) 記憶障礙相關(guan) 的多種神經退行性疾病的診斷與(yu) 治療，如阿爾茨海默症、健忘症等。