在小鼠海馬神經元網絡發現了編碼驚嚇情景經歷的神經編碼單元。

　　這些編碼單元通過它們的激活狀態可以把任何一種驚嚇經歷轉化成一串二進制數字。

　　這種數字化的編碼形式，使得科學家們能夠對不同的個體乃至不同種群動物的大腦編碼活動進行直接的比較和分析。

　　一陣冷風吹過，“咔喳、咔喳——”

　　屏幕上的腦電波，突然偏離了穩定的行走路線，沖動了起來，就像零落奔跑的腳步聲，向實驗室襲來。

　　這不是什么懸疑電影的場景，而是一只灰色的小老鼠“回憶”的聲音。

　　這個聲音讓41歲的林龍年——這位華東師范大學腦功能基因組學研究所副教授著迷。如果恰巧你就在身邊，他會告訴你，這是小鼠受到刺激之后，我們觀測到的腦電波，此時此刻在小鼠大腦里真實發生的是一場電波亂竄的情景，宛如宇宙中無數的流星無序地對接，產生耀眼的光芒。

　　這一切和人腦的記憶很相似，當我們遇到終生難忘的事情，我們的大腦就是這樣把電閃雷鳴般的記憶變成烙印。

　　我們究竟是怎么記住紛繁復雜的世界？我們把所有的記憶存放在大腦的哪里？我們又是怎樣存放的？是不是像福爾摩斯所說，人類的記憶就像一個閣樓，多裝一些有益的就要清除一些無用的？

　　2005年4月12日，林龍年與美國波士頓大學錢卓教授在世界上首次發現大腦記憶的編碼單元與大腦密碼的解讀方法。美國科學院院士、著名神經學家Tom Sudhof教授評價說：“肯定會對神經領域的研究產生深遠影響。”

　　林龍年對大腦神經元網絡的基本運作規則的探索，就是解答大腦怎樣來儲存信息，又是怎樣通過記憶加工的方法對信息進行處理，就和電腦的編程一樣。研究大腦神經元在網絡層次上的編碼，將一步步展示出人類大腦是如何進行記憶的。

　　“海馬”掌握記憶秘匙

　　現今科學家的研究表明，記憶不是一種分子，并非這個分子代表了一個人臉，或者鼻子，不管是DNA、RNA，蛋白質都不可能代表一種記憶。記憶在腦內到底是怎樣一種藏法呢？大多數科學家認為記憶存儲在大腦神經元的網絡上。

　　大腦的結構很復雜的，人腦由140億個神經元組成，據說比銀河系所有星星的數量還多，更復雜的是每個神經元與神經元之間都有連接，在140億個神經元的每個上面又有幾萬個連接，這就形成一個復雜的網絡。

　　在與記憶密切相關的大腦結構中，“海馬”(因其形似海馬而得名)發揮著舉足輕重的作用，它負責將人們新的經歷轉化為長期的記憶。

　　海馬對記憶的重要作用早在1957年就被科學家發現了。當時有個病人叫H·Ｍ，年幼時摔了一跤后患上癲癇，27歲的時候必須要做切除手術。癲癇就是正常神經元的“發瘋”，過量地放電，這個病人的癲癇正好在“海馬”區域，只要把這塊發病細胞拿掉就可以治愈癲癇。但這個病人的雙側海馬都有問題，所以把他的雙側海馬都拿掉了。醫生發現每次回來復診的時候，H·Ｍ都會向醫生重新作自我介紹，就讓醫生覺得奇怪。結果進行了系統的分析以后，發現H·Ｍ的長時記憶都沒有問題，暫時記憶都很好，只是不能把新的暫時記憶變成長時記憶。

　　這個發現相當于告訴所有研究記憶的科學家，“海馬”是多么神秘的地帶。

　　1999年，錢卓和其領導的研究小組正是通過調節小鼠的海馬和前腦中的NR2B基因，在美國普林斯頓大學制造了著名的“聰明鼠”，揭示了學習與記憶過程中的重要分子機制。

　　但是究竟什么是記憶，聰明鼠究竟如何儲存信息，形成記憶，并且在此后提取自己的記憶并且表達信息，這成為研究組一直思考的問題。

　　神經元網絡的運動軌跡

　　2002年，林龍年決定通過了解小鼠在環境中遇到強烈刺激時大腦皮層神經元的反應，來測試小鼠大腦中海馬區究竟如何形成記憶，并在此后提取這一記憶。

　　海馬腦區是小鼠大腦中掌管學習和記憶的最主要的區域，只有半粒米大小，在它的CA1細胞層大約有緊密排列著20到30萬個神經元，每個神經元之間還會形成不同形式的神經元網絡。同時海馬區又是所有動物的大腦中都存在的，并且有著相似的結構，承擔同一功能。

　　“我們猜想，大腦中會有許多神元參與這些記憶的編碼，所以我們想通過巧妙的實驗設計和最新的技術相結合，來探索大腦中記憶編碼的奧秘。”林龍年說。

　　多通道在體記錄技術的出現，使得林龍年和他的同事們研究成為可能。

　　這種技術在時間和空間的分辨率都很高：在時間上可以縮短到毫秒級，這個正是神經元細胞單位運動的時間；空間上可以針對單個神經元細胞，一個神經元細胞的直徑是20微米左右。林龍年動手研制了世界上最輕巧的96-通道微電極驅動裝置，將96根比頭發還細得多的微電極懸浮于要研究的小鼠腦細胞之上，可以避免將小鼠所有腦細胞殺死，同時觀察到小鼠海馬區260個神經元組成網絡的運動情況。而過去記錄小鼠神經元活動的最高紀錄是40多個，電極個數的最高紀錄也只有10多個。

　　小鼠頭上插著一個96-通道微電極驅動裝置推進器，這是監控它大腦活動的“探頭”。為了幫小鼠“減負”，科學家在這個推進器上方系了一個老虎形狀的大氣球，免得壓得小鼠抬不起頭來。這只小鼠正在自己的“窩”里玩玩具——幾個木制的汽車、娃娃。從顯示器上看，它的大腦神經元活動很平靜，“咔嗒咔嗒”的神經元活動聲也很均勻。

　　林龍年設計了三個強烈的刺激。

　　第一個實驗如同武俠小說里夜黑風高的場景，小鼠被背后吹來的一陣冷風嚇了一跳；第二個實驗是小鼠被放在一個小盒子里，盒子快速地晃動，模擬地震時的振動；第三個實驗就是自由落體實驗，模擬坐過山車時的強烈刺激。

　　這三個實驗在兩個小時里依次進行，中間有間隔的時間，每種刺激反復給出7次。

　　在研究室的電腦屏幕上，神經元變化圖密密麻麻地記錄了小鼠剛才的所思所想。

　　海馬區的神經元只有兩種狀態，要么活動要么不活動。小鼠在每次“歷險”時，電腦上的神經元活動圖像出現了強烈的反應：在所有260個神經元里，有的神經元放電頻率變快，有的變慢，有的就停下來一段時間，表現了不穩定性。有15個神經元，給了同樣的刺激，每個神經元的放電頻率都在增加，增加的量都不一樣，反應都不穩定�？梢韵胂笠幌�，在強烈的刺激下，小鼠的腦內好似產生了無數次的電閃，“劈劈啪啪”地跳躍不停。

　　這些不穩定的神經元的反應又說明了什么？

　　發現記憶編碼

　　單個神經元怎么來編碼，這是個很難回答的問題。林龍年考慮到了一個多神經元編碼的可能。他把有反應的神經元都拿出來進行統計。

　　假如成組觀察的話，林龍年發現它們的反應都很穩定：有的組的神經元只對吹冷氣的實驗有反應，有的組只對自由落體的實驗有反應，而它們各自對其他組都沒有反應。接著林龍年對每個組的神經元進行了編碼，結果發現在反復刺激下，這樣的編碼永遠不會重復，林龍年覺得這個結論可以作為大腦對外界活動的一個表征。

　　“其實，不管什么記憶，都不像我們以前認為的單個神經元在起編碼作用，而關鍵是這個神經元是否參與這個事件的反應”。實驗中，林龍年還發現一個有趣的現象，就是有一組特質神經元和驚恐刺激有關，他將它命名為“神經編碼單元”。

　　簡單地說，記憶編碼是以單元活動的，而不是受某一個神經元的變化所控制�？茖W家們通過這些編碼單元的激活與否，把每一種驚嚇經歷轉化成一串二進制數字，這種數字化的編碼形式使得他們能夠對不同的個體乃至不同種群動物的大腦編碼活動進行直接的比較和分析。

　　在分析了大量的神經元活動情況后，研究人員已經可以根據小鼠的神經元圖譜，來推測它受到了哪種驚嚇刺激。

　　據林龍年介紹，目前研究實驗涉及的記憶刺激還很有限，只是驚恐方面的刺激，所觀察到的神經編碼單元也很有限，只有7-8個單元�？茖W家們還設想有很多其他的記憶單元，它們如果再繼續組合，就形成了一種編碼能力。

　　雖然目前實驗對象只是小鼠，但林龍年說：“小鼠和人腦的差別主要在皮層方面，但底層結構是相同的，我們人類和小鼠的神經元編碼方式是一樣的。”所以如果能完全破解小鼠海馬區學習和記憶的奧秘，那么對破解人腦的奧秘將大有幫助，甚至可以制造出具有人類思維方式的機器人，他們能夠獨立思考，懂得聯想，甚至有情有義，而“聰明鼠”就是一個典型。

 

本文來自：逍遙右腦記憶 /danao/18485.html

相關閱讀：刺激大腦可提高記憶力
我們將如何運用自己的大腦？
大腦的瑞士軍刀——思維導圖
大腦揭秘 記憶力最好的人
最強大腦和世界腦力錦標賽