15. 記憶如何存儲和恢復？

（How Are Memories Stored and Retrieved?）

    （本文來自科學網張林的博客）

       人腦是任何個體擁有其獨特世界的全部基礎，這個橫跨在兩耳之間重達1.4公斤（3 pounds指腦組織）的物質（如果包括承載腦組織的頭骨、牙齒和面部肌肉等外圍組織后大腦重量在10到11 ponds 左右，即4.5-5公斤）包含了一個人所知道的任何事物：關于這個世界有用沒用的一切知識的概況，個人的生活經歷和人生歷史，個體所掌握的從騎自行車到勸說愛人去外面倒垃圾的所有技能，等等?？傊鎯υ诖竽X里的所有記憶構成了一個人的全部世界。所以，讓我們每一個人獨一無二的東西就是記憶，不同的記憶刻畫了不同的個體，并保持了獨特個體的連續(xù)性。盡管個體之間肉體上的差別很小，而且不同時期人的肉體也在不停地改變（一直在不斷地更新代換），但這個獨特的人卻一直存在，其根本的原因就是大腦中獨一無二的記憶。所以理解記憶在大腦中如何存儲對于認識自己、改變人生都是一個至關重要的問題。

       神經科學家們在識別大腦的關鍵區(qū)域和不同功能分子的潛在機制方面已經取得了巨大的進步。然而，還有許多重要的問題目前仍無法解答。并且，在整個大腦和分子機制的研究之間還存在著一條明顯的鴻溝，因為從分子機制層面到大腦宏觀記憶之間不存在必然的邏輯關系，也就是說研究清楚了每一個神經元分子的內在機制后并不能必然清楚地解析出整個大腦的記憶功能。

       現代記憶的研究工作被認為起始于1957年所發(fā)表的一篇論文，該工作的核心是持續(xù)研究了一個叫Henry Gustav Molaison（H.M.）的神經病人（該患者是二十世紀大腦神經學的著名案例，被稱為H.M. Case）。大約7歲的時候，H.M.在一次意外中腦部受傷，然后他開始出現輕微的癲癇癥狀，并隨著年齡的增長其癲癇不斷加劇，他16歲的時候癲癇變得非常嚴重，27歲的時候他徹底喪失了工作能力。正是這個時候，一個神經科學的研究團隊開始了對其長達50多年的治療研究（從27歲到82歲），該項著名的研究工作對揭示大腦的記憶機制起到了重要的推動作用。

       1953年， 27歲的H.M.飽受大腦癲癇的折磨，他被帶到了哈佛醫(yī)學院的神經外科醫(yī)生Scoville博士的面前，為了減輕他的癲癇癥狀，醫(yī)生決定將其大腦兩邊的內側顳葉（MTL）做整塊的切除（圖一）。手術很成功，他的癲癇不再發(fā)作，但卻使H.M.失去了記憶能力（健忘癥），也就是手術后的H.M.不能記住所有新發(fā)生的事情，以及任何他見過的人。這個案例表明包括海馬體在內的內顳葉（MTL），對于形成新的記憶至關重要。對H.M.的深入研究還揭示出記憶并不是單一的。對H.M.的另一項研究是讓他做一個鏡像繪畫的練習，雖然H.M.并不能記住他曾經做了什么練習，但他的鏡像繪畫能力在3天之后穩(wěn)步提升。這個實驗發(fā)現對大腦來說，記住如何做與記住什么事情并不相同，也就是運動的記憶和知識信息的記憶是不同的記憶，它們分屬于大腦的不同區(qū)域。

圖一 大腦區(qū)域圖和內側內側顳葉（MTL）

       借助動物實驗以及人腦影像學的發(fā)展，科學家們現在對于各種不同種類的記憶以及每種記憶與大腦的哪一部分相關有了深入的理解和認識。但從區(qū)域到整體的知識缺口依然存在。雖然H.M.的案例確實證明內側顳葉（MTL）對于陳述性記憶（即對事實與事件的記憶）非常重要，然而人們對該區(qū)域依然一無所知，在記憶的編碼與提取過程中該區(qū)域的各個不同組分之間是如何相互作用完成記憶存儲和提取的問題仍未被解決。而且，內側顳葉（MTL）也不是陳述性記憶最終的存儲室，這類記憶很明顯被存儲于大腦皮層中，而且能夠長期保持，但這到底是如何發(fā)生的以及記憶在大腦皮層中是如何表現的，至今仍不清楚。

       在一個多世紀以前，偉大的西班牙神經解剖學家S. R. Cajal（拉蒙.卡扎爾）就提出，記憶的形成和神經元之間相互聯系的加強有關。那個時代人們普遍認為成人的大腦不會再產生新的神經元，所以拉蒙.卡扎爾對記憶做這樣的合理假設：記憶一定是改變了已經存在的神經元之間的某種聯系。但直到現在，科學家們關于這個方面的證據依然很少。

       從二十世紀七十年代起，基于分子生物學的神經系統研究已經鑒定出與記憶形成有關的許多分子。它們當中有很多分子的功能相當復雜，它們同時與陳述性和非陳述性記憶都有關，并且這種分子在很多物種，如海蛞蝓、果蠅以及嚙齒動物中都存在，所以記憶的分子機制目前看來依然是沒有被開發(fā)的不毛之地。但這些工作的主要貢獻在于闡明了短期記憶（持續(xù)數分鐘）是對神經元之間已存在的突觸進行了化學修飾，從而強化了神經元之間的聯系；而長期記憶（持續(xù)數天或數周）則涉及到蛋白質的合成，并且很可能形成了新的突觸。

       然而嘗試把這些分子機制與全腦功能聯系起來仍是一項重要的挑戰(zhàn)。連接二者之間的一個潛在橋梁是一類被稱為長時增強效應（LTP）的過程，這是一種已在嚙齒動物的海馬體切片中經過詳細驗證的效應：神經元突觸刺激持久性增強作用（用高頻脈沖刺激化學突觸前端，與突出鏈接的后端細胞如果對刺激有響應，即發(fā)生了LTP誘導，那么停一段較長的時間后，繼續(xù)進行高頻脈沖刺激，會發(fā)現突觸后端細胞群的響應增強，表現在細胞的興奮性突觸后電位獲得增強和延長，這表明了突觸刺激通道的記憶作用）。LTP被廣泛認為可能是一種記憶的生理基礎，如果有決定性證據表明LTP確實是活體大腦記憶形成的基礎，那么這項工作將會是一個重大的突破。

       與此同時，更多的問題還在不斷地涌現。最近的研究發(fā)現當動物在學習一項新的任務時，視覺的神經活動模式會在其睡眠期間被重演。這種行為是否起到了記憶固化的作用？另外的一些研究工作表明我們的記憶其實并不像我們通常所認為的那樣可靠，為什么記憶是如此的不穩(wěn)定呢？一條線索可能來自于最近的研究，該工作獲得一個頗有爭議的觀點：記憶在每一次被喚醒時都會被改變。最后，1990年的一項研究工作徹底推翻了神經元不能再生的教條，實驗表明：海馬體的所有部位實質上都是孕育神經元的溫床，它終生都在不斷產生新的神經細胞。至于這些新生的細胞在多大程度上支撐著大腦的學習和記憶，現在我們依然需要拭目以待。（GREG MILLER）