看到記憶的印跡：神經科學家們如何定位、喚醒甚至偷換記憶

《神探夏洛克》中福爾摩斯在停屍間的初次登場，給不同觀眾留下了不同的回憶。他對法醫茉莉是態度粗魯，抑或只是對茉莉的緊張無知無覺？

有意思的是，儘管不同觀眾回憶這個場景會講述不一樣的故事，但他們的腦部活動基本相同。

美國約翰霍普金斯大學的認知神經科學家Janice Chen最近在做的一項研究，就是讓志願者們觀看《神探夏洛克》第一集，然後複述情節，同時掃描他們的腦部圖像特徵。

記憶是個古老的謎題。記憶儲存在哪裡？為何被喚起？為何會出現偏差？藉助新興的腦部成像技術，神經科學家們得以「看到」與特定記憶相關的特定神經細胞，了解記憶形成和喚起的規律，並成功地重新激活記憶通路。

福爾摩斯對茉莉是粗魯,抑或只是無知無覺？不同的觀眾看完留下不同的記憶

「我們正處於黃金時代」，Josselyn說道，「我們有了解答古老問題的技術。」

也許終有一日，我們可以知道年邁時為何會記憶力衰退，目擊證人的記憶為何會出現偏差，從而改進記憶和學習的策略。

最新一期《自然》雜誌發表的一篇綜述性文章，詳細介紹了近年來通過腦部成像研究記憶取得的進展。

尋找「印跡」

「印跡」是理論上儲存單個記憶的路徑。美國心理學家Karl Lashley是記憶「印跡」最早的追蹤者之一。從1916年起，他訓練大鼠穿越簡單的迷宮，然後破壞大腦皮層的不同位置，把大鼠再次放到迷宮中。不過，這些破壞似乎都沒有讓大鼠忘記如何走出迷宮。年復一年，大鼠的迷宮「印跡」依然無法定位。

記憶印跡十分分散，並不集中在大腦的某個特定區域，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。

現代神經科學家認為，特定的經歷會激活一組特定的細胞，改變他們的基因表達，建立全新的聯繫，改變現有細胞聯繫的強度——記憶由此完成存儲。而當這些細胞再次激活，重演與過去經歷相聯繫的細胞活動，回憶就產生了。

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

多倫多兒童醫院的Sheena Josselyn帶動了一波尋找小鼠印跡神經元的研究。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是一種與記憶相關的關鍵蛋白，而杏仁體參與處理恐懼這種情感。他們發現，這些神經元極易在小鼠習得、回憶一種在聲音與足部電擊間建立的恐懼性聯想時激活。研究者們推理，如果這些CREB蛋白水平激增的神經元是恐懼印跡的一部分，那麼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元，小鼠在聽到聲音時再也不恐懼了。

數月後，加州大學Alcino Silva做出了類似的實驗，成功通過抑制CREB蛋白水平過高的神經元抑制住了小鼠的恐懼。這些CREB蛋白水平高的神經元比起周圍細胞擁有更高的電興奮度，這可能是一種準備好記錄信息的狀態。

不過，抑制記憶只講了一半的故事，科學家們只有人為製造特定的記憶，才能說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，麻省理工學院的Susumu Tonegawa團隊將海馬體中的神經元作了光敏標記處理。他們給予小鼠足部電擊，相關的神經元應激產生大量光敏蛋白質，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元，就喚醒了小鼠的痛苦記憶。

Tonegawa團隊還做了一個「移花接木」的後續實驗，他們將小鼠放在「電擊箱」中給予電擊，同時激活「安全箱」的印跡神經元。當研究人員把小鼠放回到「安全箱」中，它們嚇得一動不動。這說明，小鼠的恐懼記憶被成功地「偷換」了。

在這些實驗中，科學家們成功地定位到了特定的神經元。不過，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想，涉及到視覺、嗅覺、聽覺等無數感知系統，Silva猜測，有10到30個大腦部位參與其中。

勾勒輪廓

腦部成像技術的發展使科學家們得以勾勒記憶印跡的整體輪廓。功能性磁共振成像（fMRI）不能分辨單個神經元，但能顯示跨越大腦不同部位的神經活動。fMRI傳統上被用於尋找與特定任務關聯最強的大腦區域，現在，神經科學家們用它分析人們回憶特定經歷時的特徵性跡象和全腦活動。賓夕法尼亞大學的神經科學家Michael Kahana說道：「這是認知神經科學最重大的革命之一。」

多體素圖樣分析（MVPA）則是這場革命的催化劑，也被稱為大腦解碼器。輸入fMRI的圖像數據後，演算法就能自動學習與特定想法或經歷相關的神經元特徵。

范德比特大學的神經科學家Sean Polyn主導了一項極具啟發意義的人類實驗。志願者們被要求觀察名人、地點和日常物體的圖片， 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的腦補活動特徵。

接著，志願者們躺在成像儀中說出他們能夠記起的所有東西，結果是，在他們說出那個名詞前幾秒，腦部就出現了相關的特徵。這個實驗首次直接證明了，當人類回想特定的記憶，大腦會再現相同的活動。

本文開頭的「神探夏洛克」研究，就是受此啟發的細化研究。Chen發現，《神探夏洛克》第一集中的50個場景都有特徵性的腦部活動，可以彼此區分開來。而儘管大家回憶起某個場景時的理解和視角不同，但他們在海馬體、後內側皮層等高級處理區的特徵是一樣的，甚至，並沒有看過這一集，但聽別人說過的人，也有相似的腦部特徵。

這些細化研究表明，記憶的過程雖然十分複雜，但不同人的記憶方式其實頗為相似。

記憶融合

用新技術勾勒記憶印跡的輪廓後，科學家們開始研究記憶之間的聯繫，和記憶隨時間的變化。

紐約大學的神經科學家Lila Davachi正用MVPA研究大腦是如何對內容有重疊的記憶進行分類。在2017年的一項實驗中，他給志願者們展示了128個物體的圖片，每樣物體匹配4種場景中的一種。比如馬克杯和鍵盤匹配沙灘場景，雨傘匹配城市場景。每種物體只會出現在一種場景中，一個場景卻可匹配多個物體。

一開始，當志願者們回想每個物體歸屬哪個場景，每次都展現出特徵性的大腦活動特徵。一周後，與同一個場景匹配的物體引發的腦部活動開始趨同。顯然，大腦按照場景對這些記憶進行了組織。「這個實驗展現了學習『核心』信息的第一步。」 Davachi說道。

這也能幫助人類利用已有的知識學習新事物。得州大學的Alison Preston在2012年進行了一項實驗，當志願者們先觀看一張有籃球和馬的照片，再觀看一張有馬和湖泊的照片，有一部分人的腦部活動重現了觀看第一張圖片時的特徵。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。

大腦這種建立聯想的能力，幫助人類處理很多日常活動，比如通過幾個已知地標在陌生的環境里認路。

在後續的實驗中，Preston還發現當短期內獲得了若干記憶，它們最後會融合在一起。Silva也得出了相同的結論。實驗人員在一個籠子里對小鼠實施足部電擊後，它們對之前幾小時內待過的籠子也心生恐懼。分析發現，編碼了一種記憶的神經元會保持至少5小時的高度興奮，製造記憶印跡重疊的時間窗。

我們由此對個體記憶形成整體世界觀的神經學機制有了更多的了解。Josselyn說道：「我們的記憶不是一座座信息的孤島。我們會建立概念，聯想具有相同線索的事物。」

這種靈活性也有代價，就是記憶會被扭曲，部分記憶細節在抽象化歸檔的過程中丟失。「記憶是不穩定的。」Preston說道。

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