人的大脑记忆原理_我们是如何记忆的(2)
大脑是如何记忆的
人类大脑是一个由约140亿个神经元组成的繁复的神经网络。但过去我们只能间接地通过对人的行为的测试来观测脑记忆的形成，即使像我们大家熟知的脑电图、核磁共振等检测仪器，也只能观察到大脑活动的一个“笼统”情况。
如今他们的这项发现，就如同为人们观察大脑活动搭建了一个直观的“平台”，即通过检测大脑编码单元的活动状态直接解读大脑在学习过程中记忆的形成。
96根微电极插入小鼠“海马”
林龙年问记者，你知道“海马”吗?这是一个与记忆密切相关的大脑结构，因其形似海马而得名;它负责将人们新的经历转化为长期的记忆。海马受损的病人会日复一日津津有味地阅读同一张报纸，还总觉得自己是在看新闻(这一研究的另一位主持者钱卓，于1999年率研究小组，正是通过调节小鼠的海马和前脑中的NR2B基因，在普林斯顿大学制造了著名的“聪明鼠”，揭示了学习与记忆过程中的重要分子机制)。
那么，记忆在神经网络的层次上又是如何编码的呢?换句话说，记忆在大脑中的物理形式是怎样的呢?为了获得这个对揭示大脑工作原理至关重要的答案，林龙年与钱卓一起，花了整整两年，运用最新的高密度多通道在体记录技术，以小鼠为对象进行了一系列的研究。
小鼠海马脑区只有半粒米大小，为了尽可能多地观测到单个神经元的活动情况，研究小组研制了世界上最轻巧的精细微电极推进器，把96根比头发还细得多的微电极插入小鼠的海马区域，成功地记录到了多达几百个神经元的活动情况??传统的方法在小鼠上只能记录到几个至二十几个神经元。
“这一步非常重要，”林龙年博士介绍说，“假如只能观察到几个神经元，就谈不上对神经元群体的编码进行分析了。”
记忆如何“刻骨铭心”
接下来，研究人员设计了几种新颖的行为模式来研究小鼠的神经编码，一种是在特定环境中给小鼠背部突然吹上一阵冷风，就像武侠小说中描写的在月黑风高之夜，一阵突如其来的嗖嗖阴风会使人顿感毛骨悚然一样，小鼠对这样的刺激会感到惊恐。
另一种有趣的模式是，把小鼠放在特制的小电梯中做自由落体下降，如同人们在乘坐的电梯突然失控坠落的过程中所获得的记忆会刻骨铭心一样，小鼠对这种极其刺激的经验也会印象深刻。“由于这些经历能够产生令人难忘的记忆，我们猜想大脑中会有许多神经元参与这些记忆的编码，因此我们希望通过巧妙的实验设计与新记录技术的结合，来探索和破译大脑编码的奥秘。”
其后的实验观察发现，小鼠的海马区对这种惊吓刺激果然有着各种各样的放电反应，根据它们的反应特征，研究人员发现这些神经元组成了记忆编码的神经网络单元。
更有意义的是，这些编码单元通过它们的激活状态可以把任何一种惊吓经历转化成一串二进制数字，这种数字化的编码形式使得科学家们能够对不同的个体乃至不同种群动物的大脑编码活动进行直接的比较和分析。在观察到了这一有趣的编码方式后，钱卓教授曾感慨地说:“大脑记忆系统这种精美的操作设计真令人叹服!”
人类大脑的记忆容量有多少
人类的大脑是一个真正非凡的器官，而人类的记忆亦是如此。即使你认为你的记忆力很差，但你还是拥有一个天生的奇迹：这个器官系统能够很容易地在一瞬间存储事情以及回忆往事。
那么，人类的大脑的记忆容量有多少呢?它是否能以常见的计算机计数法来衡量吗?
试图估计头骨中那1.5千克大脑的存储容量可以追溯到至少半个世纪前，那时电子计算机的发展激起了对人类相对较弱的记忆力与其远远较大的脑容量(人们推测人类脑容量肯定很大)之间的比较。
在1956年于美国耶鲁大学(Yale University)的一次演讲中，计算机科学家约翰·冯·诺依曼(John von Neumann，计算机之父)提出了一个人类大脑容量的估计，约为【三千五百万亿兆字节】——简直就是天文数字，甚至以当今计算机的标准而言亦是一个庞大的数字。
后来的估计是基于一个假设：
脑细胞之间一亿亿个联系的信息存储容量，其结果是大约【四千万兆字节】，这也是很巨大的，但没法与冯·诺依曼的数据相比。
在检阅了各种估计之后，佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)的计算机科学家Ralph Merkle教授指出，此前这些结果都或多或少对大脑如何存储信息作出了不靠谱的假设。他认为更好的估计可能是来自更直接地测量大脑存储容量的实验。
作为一个例子，他引用了在1980年代中期由来自贝尔实验室(Bell Labs)的Thomas Landauer和他的同事所进行的研究的结果，在这项研究中，受试者被要求在不同时间回忆不同形式的信息。
结果，回忆的水平是出奇的一致，而当把这转换成一生大脑可以存储的数据总量时，其结果为【200兆字节】。
▲这个数字要远少于冯·诺依曼给出的估计，但这个结果却是更为精确的。
当然，这也可能会令人失望，因为个人电脑通常有比这更多的存储容量。
正如Merkle教授所说：“虽然这个结果可能会打击我们的自我价值感，但它能表明，我们只需要稍多于我们现在有的硬件就可以创造出一种有着人类技能和能力的设备——如果我们知道正确的方式来组织硬件的话。”
人类大脑是如何记忆的
大脑如何储存记忆?可以想象的出，这个过程非常复杂，涉及多种分子、途径。现在，一项新的研究通过对神经元进行深入研究，弄清了大脑如何更新制造新记忆所需的分子的机理。加州大学旧金山分校的研究人员的这一发现是12月22日Neuron杂志的封面故事。 在新研究中，通过对培养的处于生活状态的大鼠细胞进行研究，研究人员发现了明显的证据来推翻之前认为的有关突触上的受体一直被细胞中的“库存”补充替代的假说。相反，研究人员发现突触受体相对比较稳定，在被替换掉之前能够存活16个小时之久。
有人说，记忆是连接一个人的过去、现在和将来的“精神胶水”。每个人心中的某个角落，总有某些挥之不去、刻骨铭心的记忆，而这种记忆往往和悲欢或恐惧等事件密切相关。
因此，如何发生记忆、如何储存记忆，是脑科学研究的核心问题之一。当前，科学家们主要围绕两类重要问题进行研究。一种是，人类各种形式的记忆在大脑中是如何组织的?另外一种是，记忆的编码、储存、读出和遗忘是如何实现的?
经过一年多时间的研究和合作，复旦大学神经生物学研究所卓敏教授、李葆明教授以及韩国国立汉城大学姜奉钧所领导的研究小组发现，大脑前扣带皮层神经元的“nr2b”受体对恐惧记忆的形成至关重要。
李葆明教授告诉记者，通俗一点讲，也就是说恐惧记忆到底能否形成，位于大脑前扣带皮层神经元“nr2b”受体起了决定性作用。假如大脑前扣带皮层神经元“nr2b”受体“睡觉”了，不能发挥作用时，恐惧记忆也就不能形成。
那么，如何让“nr2b”受体“睡”着呢?科学家采用了现成的研究工具。一种办法是利用分子生物学的手段。因为如果“nr2b”受体要发挥作用，那么其蛋白质就必须进行转录、翻译，但是如果破坏蛋白质翻译这一环节，“nr2b”受体就不能发挥其原有功能;第二种办法是，通过药理学手段把“nr2b”受体的活性阻断。
李葆明教授解释说，这种药物被注射进“nr2b”受体后，就会摁住受体并强行与之结合，“就像给它套了一条绳子，这样它就跑不动了。”
实验多次表明，老鼠注射药物后会“好了伤疤忘了疼”。
接下来，有趣的动物实验开始了。研究人员选择了胆小的老鼠，它们首先把一只正常的老鼠放入一个笼子内，笼子里安装了电铃，当电铃发出“当当当”的声响时，老鼠会转过头看着电铃。
这时候，研究人员将老鼠脚底下的铁丝通电，此时的老鼠被电击后吓得乱跳乱叫。再过24小时或48小时后，研究人员再次把这只老鼠放进相同的笼子内，这只聪明的老鼠再次回到房间时，显然长了本事，它会弓着身，显得惊恐万分;研究人员把这只老鼠又放进另外一个笼子内，但是只要听到电铃发出声响，老鼠的恐惧记忆就会重现，它还是会把身体弓起来。
李葆明教授解释说，老鼠弓背的动作是高度恐惧时候的一种行为状态。这说明，老鼠对曾经受过电击的环境和声音都已经形成了恐惧记忆。可谓是“一朝被蛇咬，十年怕井绳”的生动表现。
随后，研究人员开始了真正的实验。他们把这只老鼠注射了阻断“nr2b”受体的药物，这一次又给它施加一次电击。24小时或48小时后，同样把这只老鼠放进原先受过电击的同一只笼子内，可是老鼠一点过激反应都没有，即使让它听电铃声，它也毫无反应。好像此前根本不曾经历电击这样的“酷刑”。李葆明教授告诉记者，这一现象表明，“nr2b”受体的活性降低或受阻后，老鼠都不能形成恐惧记忆，也就会“好了伤疤忘了疼”。
但是李教授一再强调，实验人员只做过老鼠害怕电击这个具体环境的实验，并没有做其他测试(例如，猫鼠游戏等)。注射药物后的老鼠可能什么东西都不怕，但这目前只能是猜测，还没有直接的证据。一些媒体想当然地认为，老鼠既然连电击这样的“酷刑”都不怕，自然也不会害怕一只猫，把小老鼠描绘成“天不怕地不怕”的“霸王鼠”，这是极不科学、不严谨的说法。
研究人员预测，有望开发“治恐特效药”。
研究小组实验的成功让科学家们大受鼓舞，因为这一研究成果不仅推动人类对记忆形成的神经机制有了更进一步了解，同时也为治疗抑郁症等某些心理疾病，提供了开发药物的新途径。
众所周知，类似美国“9·11”或“卡特里娜”飓风等，这种突如其来的重大灾难发生后，死里逃生的人们，尤其是妇女和儿童，往往都会有严重的心理创伤，最终导致恐惧和抑郁症，这就是“创伤后应激综合症”。其实，对于这些留有恐惧等不良记忆的人来说，他们最迫切希望得到的恩赐，恐怕就是拥有一颗宁静的心灵。
据研究人员预测，将来有朝一日，科学家如果能在此研究基础上，开发出无副作用、能控制大脑中负责恐惧记忆的药物，以供人们在灾难或者创伤后服用，这就有可能帮助人类消除或缓解精神创伤。但是李教授还明确表示，这项最新研究成果只是为药物开发提供了一种新途径，但真正的药物问世还有待时日。
背景知识
“创伤后应激综合症”治疗现状
“创伤后应激综合症”，又称“创伤后应激障碍”。人们在经历过异乎寻常的威胁性或灾难性心理创伤(几乎能使每个人产生强烈痛苦)，如身受酷刑、恐怖活动受害者、被强奸、目睹他人惨死等，通常会忘记当时究竟发生了什么事情，这是大脑的一种保护性反应。
但是如果没有及时的心理干预和治疗，经历过创伤性事件的人很可能因此形成长期的精神障碍，有的人甚至会因此一辈子生活在恐怖和痛苦的情绪中。例如，一个人在小时候看到朋友死亡，十年乃至更长时间后，这个人只要一看到灵车、纸钱，就会产生恐惧，当初发生的事情会自动闯入他的头脑中。
据著名心理干预咨询师丛中介绍，目前，治疗创伤后应激障碍主要依靠心理疏导治疗:一是在应急阶段进行的心理危机干预。患者经历创伤事件后的几天内，是接受心理治疗的最佳时期。心理治疗师首先会告诉患者当时究竟发生了什么事情，解开患者心中一直悬而不决的疑问。
患者知道真相后的第一反应是痛苦，这时工作人员会在旁边对他进行心理支持和鼓励，帮助他从痛苦中走出来。还有一种是远期的补救治疗，方法是一样的，但是效果远远不如在应急阶段进行的心理危机干预。
丛教授强调，目前我国许多患者往往不能接受到及时有效的治疗，首先是专业人员不能及时赶到。其次是缺乏经费的支持。还有就是政府还没有形成相应的机制。矿难、水灾等大的灾难性事件发生后，民政部、医疗队等都可能及时赶到现场，但是心理治疗的专业人员却被挡在了外面。
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