科學現場調查：河馬到底“吃草”還是“吃肉”?

admin 科學現場調查 2017-08-19 08:29:31 記憶神經元大腦回憶能夠

　　你最愉快的回憶是什么：你贏得最爽的一局比賽？你與孩子初次見面的那一刻？你意識到自己墜入愛河的那天？這些都不僅僅是簡單的畫面，是不是？在回憶的過程中，你還能記起當時的氣味、色彩、某人說的趣事、你心中的感覺……等等。

　　這些片段僅有幾毫秒長。大腦收集、聯系并創造這些片段的能力便構成了每段回憶的基礎，往大了說，也就是構成你這個人的基礎。這不只是某種形而上學的、詩意的表達方式。

　　每段感覺經歷都會激發神經元細胞的變化，改變它們相互聯結的方式。因此從理論上來說，大腦便是由回憶構成的，而回憶又會不斷重塑你的大腦。科學家早在數十年前就提出了這一記憶框架，近日發表在期刊《神經元》上的一篇論文又為其增添了新細節：記憶之所以存在，是因為構成大腦的分子、細胞和突觸能夠記錄時間。

　　給記憶下定義就像給時間下定義一樣困難。總的來說，記憶是一個系統發生的某種變化、可改變該系統未來的運行方式。“記憶其實就是再次激活各腦區之間曾經被激活過的聯系。”該論文的共同作者、神經科學家尼古拉·庫庫什金指出。所有動物、包括許多單細胞生物，都有某種程度的向過去學習的能力。

　　以海蛞蝓為例。從進化的角度來看，你很難在海蛞蝓和人類之間建立起直接聯系。但兩者都有神經元，而海蛞蝓也形成了某種類似于記憶的東西。如果你捏了它的鰓，下次你把手指靠近它時、它把鰓縮回去的速度就會快一些。研究人員找到了海蛞蝓學習該動作時隨之加強的突觸連接，以及引發這種變化的分子。驚人的是，人類神經元中也含有類似的分子。

　　這和你最愉快的回憶有何關系呢？“神經元的獨特之處在于，它們可以和成千上萬的神經元相連、建立起獨特的聯系。”庫庫什金解釋道。而這些連接之所以能構成神經網絡，是因為這些獨特的聯結關系和突觸能夠隨著信號加強或減弱作出調整。因此，每段經歷都有可能改變這些神經聯系之間的相對強度。

　　但無論是這些分子、還是它們控制的突觸，都不能被視作記憶。“等你仔細研究了這些分子、以及它們的離子通道狀態、酶、轉錄程序、細胞、突觸和整個神經元網絡之后，你就會意識到，大腦中根本沒有儲存記憶的地方。”庫庫什金指出。這是由于神經元具有可塑性。記憶便是系統本身。

　　生命之樹上的任何生物都有產生記憶的能力，連沒有神經系統的生物也不例外。科學家曾對細菌進行訓練，使它們能夠預測閃光的出現。庫庫什金解釋道，這種原始的記憶能力具有一定的進化優勢。“有這種能力的生物能夠將過去的經歷與未來相融合，從而應對新的挑戰。”

　　人類的回憶最初均由片段組成，即使最寶貴的回憶也是如此。你母親的面龐最初是視網膜上的一片光子，這一信號緊接著傳遞到你的視覺皮層。然后你聽到了她的聲音，你的聽覺皮層再將聲波轉化為電信號。荷爾蒙將這段經歷與情境結合在一起，讓你產生“這個人讓我感覺很好”的感受。

　　除此之外，還有無數信號“傾瀉”進你的大腦之中。庫庫什金指出，你的神經元、構成神經元的分子、以及神經元上的突觸能夠記住這些信號輸入的相對時間，然后將整段經歷“打包”儲存在所謂的“時間窗口”里。

　　記憶顯然無法單獨存在。大腦會將一段經歷進行分解、使之分散在同時出現的多個時間段之內。這是一個互相疊套的系統，一段記憶可同時存在于多個不同長度的時間窗口中。這些時間窗口包含了記憶的每個組成部分，包括分子間的信息交換等。這樣的信息交換過程是你在回憶某個事件時能夠實際感知到的。

　　這對于神經科學家來說同樣難以理解。他們還需要很長時間才能弄清記憶形成過程中的每個細節。“在一個理想世界中，我們能夠及時追蹤每個神經元的行為動向。”庫庫什金指出。然而，就目前而言，即使像人腦連接組這樣的尖端項目，也只能將大腦看作一個整體、進行靜態研究。就像產生記憶一樣，使其發展為動態研究也需要一定的時間。