人类的记忆从何而来？

　　神经现实特刊

　　来源：神经现实

　　记忆确保我们不至迷惘。它是维系我们每个人生活的纽带，连接着我们的过去和现在。

　　然而，直到最近我们才拼凑出记忆背后非同寻常的脑科学机制——这是一个关于遗忘症患者、思维宫殿和与幽灵般的嘉年华的故事。

　　我们了解记忆最早的类比之一来自古希腊——柏拉图将记忆比作为蜡版上的雕刻，他最喜爱的学生亚里士多德在自己的著作中也继续引用这样的比喻。

　　亚里士多德解释说，童年的遗忘是因为蜡质太过于柔软，而老年的遗忘则是因为其过于坚硬。

　　他认为，记忆并不位于大脑，而是遍布全身。他认为大脑的存在只是为了冷却我们灼热的心脏——我们的灵魂所在地。

　　-James O‘Brien -

　　在很长的一段时间里，人们都倾向于关注心脏而不是大脑——一部分原因是教会禁止解剖人脑。事实上，直到17世纪，人们才意识到大脑有思考的能力。

　　19世纪末，德国的心理学家赫尔曼·艾宾浩斯（Hermann Ebbinghaus）首次使用科学方法研究记忆。他不关注记忆在大脑中的何处，而是关注记忆是如何工作的。

　　在他最著名的实验中，艾宾浩斯发明了一张由超过2000个“无意义单词”（例如“kaf”和“nid”）组成的词表。通过观察对这些词汇的再认（recall）随时间变化的状态，他发现我们的遗忘进程是一个“指数曲线”——也就是说，学习刚结束时遗忘得最快；其后，随着时间的流逝，遗忘的速率会变慢。

　　同时，艾宾浩斯也划分了三种记忆类型——感觉记忆（sensory memory）、短时记忆（short-term memory）和长时记忆（long-term memory）。这种划分方式沿用至今。

　　-Anna Godeassi -

　　感觉记忆是进入大脑的第一种记忆：它就是一瞬间的事儿——例如衣服碰到皮肤的触感，或篝火传入鼻腔的味道。倘若我们没有注意到这些记忆，它们将会消失的无影无踪。然而，如果你对其进行思考，它们将会进入短时记忆中。

　　人们在日常生活中，时常运用到短时记忆而不自知。比如，你能在句子的结尾明白其中所表达的含义，是因为你还记得句子开头讲了什么。

　　研究人员们认为我们短时记忆的容量为7个物件（item），记忆保持时长在15到30秒左右。对短时记忆的复述（rehearsal）可以将其转为长时记忆——那个空间近乎无限的用于长时间储存记忆的地方。

　　心智的理论

　　其后几十年的研究拓宽了我们对记忆的理解。这其中最有影响力的人之一，则是英国心理学家弗雷德里克·巴特利特（Frederic Bartlett）。

　　他在1914年进行了一系列实验——他要求学生读一个故事，然后将它们复述出来。

　　通过分析这些故事如何在几天、几个月，和几年中转变，他提出记忆是对事件的不完美重构。他认为，我们只记住很小一部分的原始观察，并利用文化参照和个人知识来填补空缺的部分。

弗雷德里克·巴特利特——剑桥大学第一位实验心理学教授

　　尽管我们对于人类记忆的了解越来越深入，仍有很多疑问等待解决。记忆存储于何处？记忆到底为何物？这些都是美国心理学家卡尔·拉什里（Karl Lashley）用尽一生尝试回答的问题。

　　他最著名的实验，是在大鼠的大脑皮层特定区域内，寻找记忆的痕迹——沟壑曲折的大脑皮层在认知、感知、决策和其他关键功能中起着重要作用。

　　从1935年开始，他在大鼠进行迷宫训练前后，系统性地破坏特定的脑区。但是无论哪一部分的脑区被破坏，被训练过的大鼠的仍然比未被训练过的大鼠更快逃出迷宫。

　　拉什里得出结论：我们的学习和记忆能力必然与很多不同的脑区相关，而非由某个特定脑区决定。

　　卡尔·拉什里关于大鼠大脑的记忆储存实验

　　一个叫做亨利·莫莱森（Henry Molaison）的病人成为了这个理论的关键。

　　莫莱森经历了很多次严重的癫痫发作，他本人同意进行刺激性的实验性治疗。1953年，外科医生在他头上钻了个洞，将引起癫痫的部分——名为“海马体”的大脑两侧的海马状区域——吸了出来。

　　这个手术很成功，在很大程度上解决了他的癫痫，但莫莱森却因此患上了很严重的健忘症，无法长期储存新的记忆。

　　然而，莫莱森可以记住大部分手术前几年的事情。他也能形成程序记忆（procedural memory），这是长时记忆中有关“如何做某事”的一种记忆，例如如何骑自行车。

　　莫莱森的记忆问题表明，海马体是产生新记忆的关键，但记忆本身储存在大脑的其他地方。

正常大脑与亨利·莫莱森术后大脑对比

　　关键术语（Key terms）

　　/ 海马体 /

　　大脑中形成不同记忆的关键区域。形状很像海马。

　　 / 神经元/

　　一种特殊的细胞，以电活动的形式在大脑中传递信息。我们脑中有大约860亿个这样的细胞。

　　   / 神经递质 /

　　一种化学信使。电信号脉冲促使神经元末端释放神经递质。神经递质在突触间隙中扩散，增强或者抑制附近的神经元电脉冲。

　　 / 语义记忆 /

　　有关想法或事实的长时记忆，这些记忆不来自于个人经验，比如对于姓名或者颜色的记忆。

　　/ 突触 /

　　两个神经元之间的空隙，可以将一个神经细胞的活动传导到下一个细胞中。这些突触结构的变化对于记忆和学习是不可或缺的。

　　在接下来的46年里，包括苏珊娜·科金教授（Suzanne Corkin）在内的神经科学家对莫莱森进行了定期的测试——尽管对于莫莱森来说，每次相同的的对话都像是第一次发生一样。“说起来挺有意思的，”莫莱森对科金说，“人们都在边活边学。我在正常生活，而你在因为我的生活而学到新的东西。”

　　尽管莫莱森的案列表明记忆并非由大脑中某一特定区域负责，但它仍然没有回答记忆是如何形成的。

　　一起激发的神经元连在一起

　　1906年，卡米洛·高尔基（Camillo Golgi）和圣提亚哥·拉蒙-卡哈尔（Santiago Ramón y Cajal）因展示了神经元解剖结构的细胞染色技术的进步，共同被授予诺贝尔奖。

　　多亏他们的工作，科学家们知道了在脑内有数百亿的神经元以电脉冲（electrical impulses）的方式来传递信息。当一个脉冲到达了神经元的末端，这个电信号会促进神经递质（neurotransmitters）释放。这些神经递质穿越突触间隙，作用于相邻的神经元，从而增强或者抑制第二个神经元产生电脉冲。但是，这些神经元如何形成长时记忆依旧是个谜。

　　-Taylor Callery -

　　这个局面持续到1949年，直到唐纳德·赫布（Donald Hebb）出版了上世纪最具影响力的神经科学理论之一。他写道，两个总是同时活跃的脑细胞很可能“关联”起来。

　　它们的解剖学和生理学结构将会发生变化，从而促成新联结的形成或是旧联结的增强。赫布说，一个神经元的活动会促进其后的神经元活动。你也会经常听到这样的总结：“一起激发的神经元连在一起（Neurons that fire together， wire together）。”

　　举个例子，玫瑰花的香味和名字这两个相关联的概念，能够反复多次同时地刺激脑内对应的神经元，这些刺激使得对应神经元的形状发生改变，其间联结增强。

　　因此，与玫瑰花气味相联系的神经元，更可能刺激对应玫瑰花名字的神经元。

　　赫布说，这就是长时记忆储存的基础。这些记忆能持续保存，是因为它们成为了神经结构中独一无二的部分。人们回忆的频率越高，记忆就越强、越持久。

　　-Anna Godeassi -

　　几乎在同一时间，加拿大的外科医生怀尔德·潘菲尔德（Wilder Penfield）表明了刺激部分皮层可以唤醒记忆。

　　潘菲尔德对清醒的癫痫病人进行手术。在给一名女性病人做手术时，他刺激了大脑皮层内覆盖海马状突起的区域。

　　他的病人说到：“我觉得我听到了一位母亲在某处叫他的小儿子，这似乎是很多年前在我住处附近发生的一件事。

　　潘菲尔德再次刺激这个位置，母亲的声音再次出现在患者的脑海。潘菲尔德将刺激点稍微向左移一点，突然间这位女患者听到了更多的声音。她说，那是一个深夜，他们刚从嘉年华回来。“那儿有很多用来装运动物的大货车”。

　　潘菲尔德的操作似乎使尘封已久的记忆回到病人的头脑，就像是从一本满是灰尘的相册里随机抽出一张照片那样。

　　-Taylor Callery -

　　回忆仍是一个至今仍然没有被完全理解的神秘过程。来自华盛顿大学的伊丽莎白·洛夫斯特教授（Elizabeth Loftus）的研究，使我们发现自己的回忆并不总是准确的。

　　在90年代，她在人们的头脑中植入了虛假记忆，她说服人们相信虚假的哽噎事件、濒死的溺亡事件，她甚至让人们相信他们曾被恶魔附体。她指出，疲劳、吸毒和智力低下都可能形成错误记忆的风险。

　　她的研究揭示了一些十分不同寻常的东西：那就是，即便是已经成型的记忆，也并非是一成不变的。每当我们回忆时，我们会增强那些已经存在的神经通路，这使得这些记忆增强，成为我们的更长期的记忆。

　　但是在回忆的一小段时间里，我们的记忆是可塑的——我们可以重塑，甚至篡改它。

　　海马体：记忆形成之处

　　随着成像技术的进步，研究者们再次将注意力放在对脑内记忆存储之地的精确定位上。现在我们知道，海马体的作用是将某个记忆的不同方面整合在一起。

人类大脑中海马体的位置

　　当人们企图学习一些新的联结，并在稍后回忆时，谁的海马体产生最多的活动，谁的回忆成绩就最好。

　　仿佛海马体在一开始，就将这些联结更好地整合在了一起。

　　这时，通过把所有的线索拼在一起，研究人员以为有了一个很好的记忆理论：他们推测所有传入的信息在汇聚到海马体之前，都在大脑皮层中被简单地处理过。

　　海马体对新信息进行分类，判断这些信息“有多重要”（即这个信息是否值得被记住）之后，对有必要的信息，通过形成新突触将信息编码到脑中。

　　然而，记录和操纵大脑活动的先进方法，在近期颠覆了这一理论。

　　2017年，由高石北村（Takashi Kitamura）带领的麻省理工学院研究团队发现，短时记忆和长时记忆实际上是同时产生的。

　　北村的团队使用的新技术包括光遗传学（optogenetics），这项技术利用光来激活和抑制细胞。他们也利用了单个记忆细胞的标记技术。研究团队在实验小鼠进入房间时给它们一个微弱电击，从而使小鼠对这个房间产生恐惧。

　　训练一结束，研究人员就能看到在海马体和前额皮质（前额后面的一个区域）中形成的电击记忆。

　　然而，在前额皮质中的记忆细胞却处于静息状态。记忆的痕迹确实存在——当研究者人为地刺激这些细胞时，这些老鼠呆住了，就如同再次身临其境，感受到了恐惧。

光遗传技术原理

　　记忆并没有逐渐从海马体转移到大脑皮层——它似乎已经在皮层里了。两周后，大脑皮层记忆细胞的形状和活动发生了变化，当老鼠来到这个小房间时，大脑皮层的记忆细胞自己变得活跃起来，这时海马记忆细胞反而处于静息状态。

　　这种分析人类大脑的复杂方法将继续帮助我们理解健康的记忆，以及当它被疾病破坏时发生了什么。

　　-Eva Vázquez -

　　然而，有一些方法可以提高你的记忆力。伦敦大学学院的埃莉诺·马奎尔（Eleanor Maguire）教授的研究表明，世界上最优秀的记忆者的大脑在解剖学上和其他人没有任何不同：记忆冠军们只是利用了一种古老的技术，称为“位置法（method of loci）”。

　　想要记住大量的东西，你可以把它们放在一个“思维宫殿”周围。这可以是任何你熟悉的地方。要想回忆这些东西，你只需回忆你放置这些记忆的路线，并提取这些记忆即可。

　　这个技巧可以让你在日后更易回忆起你所需要的事。试试吧：任何人都可以成为超级记忆者。

　　作者：Helen Thomson | 封面：Shan Shan

　　译者：Index | 审校：山鸡、阿莫東森

　　编辑：北方