什么是記憶？1904年，德國(guó)生物學(xué)家理查德·西蒙提出了一簇簇離散的大腦細(xì)胞結(jié)合在一起形成記憶痕跡的理論，他將這種假想中的物理電路印跡稱(chēng)為“記憶印跡”或“記憶痕跡”。“記憶痕跡”在科學(xué)教（Scientology）和科幻小說(shuō)中是一個(gè)有著強(qiáng)大生命力的題材。
為證明記憶痕跡在大腦中的真實(shí)存在，科研人員就要用光激活的“鑷子”將精細(xì)的記憶痕跡“電路”挑揀出來(lái)。2012年，美國(guó)麻省理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)室的研究人員使用這樣的“光鑷子”首次發(fā)現(xiàn)了記憶痕跡的真實(shí)存在。研究揭示，記憶痕跡在大腦海馬體部分形成，然后上傳存儲(chǔ)到最外層的大腦皮層。
人類(lèi)記憶如何形成并存儲(chǔ)的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)證據(jù)可以追溯到1953年。時(shí)年27歲的美國(guó)人亨利·莫萊森接受了海馬體切除手術(shù)，以治療頻繁的癲癇發(fā)作。但是令他的外科醫(yī)生感到恐懼的是，手術(shù)也破壞了他的大腦創(chuàng)建新記憶的能力，盡管他仍然保留了過(guò)去的記憶。
這個(gè)意外的實(shí)驗(yàn)揭示了海馬體編織新記憶的功能，尤其是與“情景”密切相關(guān)的記憶，比如，你某天早上在公園里散步時(shí)的所見(jiàn)所聞。然而，這些記憶細(xì)節(jié)并不是一直存儲(chǔ)在海馬體中的。隨著時(shí)間的推移，它們被轉(zhuǎn)移到外部腦皮層。我們從一些實(shí)驗(yàn)中得知，當(dāng)患者的外部腦皮層部分受到電刺激時(shí)，就會(huì)回憶起某些特定記憶。
記憶上傳到大腦皮層通常會(huì)涉及到一個(gè)信息壓縮的過(guò)程，這有點(diǎn)像我們壓縮計(jì)算機(jī)文件進(jìn)行長(zhǎng)期存儲(chǔ)的方式。日本腦科學(xué)研究所和美國(guó)麻省理工學(xué)院在之前一項(xiàng)合作研究中，通過(guò)一種稱(chēng)為“光遺傳學(xué)”的先進(jìn)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了這種記憶印跡，并以德國(guó)生物學(xué)家理查德·西蒙之名將其命名為“西蒙印跡”。研究者認(rèn)為，某個(gè)記憶會(huì)在大腦中留下物理痕跡，當(dāng)大腦受到相應(yīng)刺激時(shí)就能將這段記憶激活。
早在幾十年前，在研究人員了解神經(jīng)元通過(guò)電脈沖發(fā)送信號(hào)之前，西蒙就提出了這一想法。自那以后，研究人員解開(kāi)了神經(jīng)元之間通過(guò)大量生物電信號(hào)傳遞信息的奧秘，并揭示了學(xué)習(xí)和記憶與神經(jīng)元之間的連接或突觸增強(qiáng)之間的聯(lián)系。
然而，無(wú)人能將大腦中特定的神經(jīng)元集合與特定記憶相匹配。1999年，諾貝爾獎(jiǎng)得主弗朗西斯·克里克認(rèn)為，要破解大腦記憶的奧秘，可以用光脈沖來(lái)激活生物體大腦中的單個(gè)神經(jīng)元。他寫(xiě)道：“這聽(tīng)起來(lái)似乎有點(diǎn)玄，但并非不可想象，分子生物學(xué)家有可能設(shè)計(jì)一種特定類(lèi)型的光敏細(xì)胞?！痹谒岢鲞@個(gè)想法僅6年后，美國(guó)斯坦福大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家就在光遺傳學(xué)領(lǐng)域內(nèi)取得了突破性的進(jìn)展。他們選擇了一種綠藻光敏感通道蛋白用作“光敏開(kāi)關(guān)”，將克里克的設(shè)想變成了現(xiàn)實(shí)。
研究人員以某種感染病毒為載體，將單個(gè)光敏感通道蛋白基因插入到單個(gè)神經(jīng)元中，并確保只讓最近產(chǎn)生記憶的細(xì)胞產(chǎn)生光開(kāi)關(guān)基因，新產(chǎn)生記憶的細(xì)胞會(huì)生成一種叫做“c-fos”的蛋白質(zhì)，因而光開(kāi)關(guān)基因被設(shè)計(jì)成只在生成c-fos蛋白的細(xì)胞中產(chǎn)生。
2012年，研究人員利用這種光基因技術(shù)證明了恐懼記憶印跡的存在。一只老鼠被放入一個(gè)四壁有著獨(dú)特圖案，地面有著獨(dú)特紋理的箱子里，每次將它放進(jìn)箱子里時(shí)，就向它施以電擊。經(jīng)過(guò)多次電擊帶來(lái)的恐懼之后，只要將它放進(jìn)箱子里，即使沒(méi)有對(duì)它施加電擊，也足以令它產(chǎn)生害怕畏縮的反應(yīng)。
研究人員還發(fā)現(xiàn)海馬體中有一組細(xì)胞在積極地制造光敏開(kāi)關(guān)。這一確鑿證據(jù)表明，這些細(xì)胞都參與了記憶的形成過(guò)程。為了證明這一點(diǎn)，科學(xué)家們將一束光纖探針插入老鼠大腦，并抵達(dá)海馬體瞄準(zhǔn)了這些細(xì)胞。當(dāng)藍(lán)光掃過(guò)海馬體時(shí)，老鼠明顯被嚇呆了，似乎重新體驗(yàn)了在電擊箱里受電擊時(shí)的記憶。這是首次發(fā)現(xiàn)記憶痕跡存在的證據(jù)，證明一組幾百個(gè)細(xì)胞在受到光刺激時(shí)，記憶被重播出來(lái)。
在這項(xiàng)研究中，研究人員還想知道，隨著時(shí)間的推移，小鼠海馬體中的記憶痕跡會(huì)發(fā)生怎樣的變化。研究表明，大腦皮層中的一小塊特殊區(qū)域——前額葉皮層是恐懼記憶最終被儲(chǔ)存起來(lái)的地方，因此研究人員用含有光開(kāi)關(guān)基因的病毒感染了前額葉皮層的細(xì)胞。令人驚訝的是，用光刺激前額葉皮層細(xì)胞也可觸發(fā)記憶，證明記憶印跡似乎也同時(shí)上傳到了前額葉皮層。這一發(fā)現(xiàn)令人吃驚，因?yàn)檫@表明皮質(zhì)記憶可能是在同一天創(chuàng)建的，而不是如設(shè)想中那樣逐漸形成的。
然而，當(dāng)研究人員將老鼠放進(jìn)電擊室，曾經(jīng)的記憶讓它產(chǎn)生畏縮害怕情緒時(shí)，前額葉皮層的相應(yīng)細(xì)胞卻沒(méi)有反應(yīng)（對(duì)分離出的大腦組織化學(xué)活性的檢查也證實(shí)了這一點(diǎn)）。只有在電擊體驗(yàn)幾周后，再將老鼠放進(jìn)電擊室時(shí)，前額葉皮層的細(xì)胞才被激活，而與之相反，海馬體的這一記憶印跡則開(kāi)始消退。
由此可見(jiàn)，長(zhǎng)期的記憶存儲(chǔ)，一開(kāi)始只是在大腦前額葉皮層形成一個(gè)“沉默”的副本，只有在海馬體的記憶痕跡漸漸消除之后，大腦前額葉皮層的相應(yīng)記憶才逐漸鞏固下來(lái)，成為長(zhǎng)期儲(chǔ)存的記憶。
鞏固記憶的另一個(gè)關(guān)鍵是前額葉皮層需要同時(shí)從海馬體和杏仁核（大腦的情感中樞）獲取信息。當(dāng)研究人員使用光開(kāi)關(guān)基因阻斷海馬體或杏仁核的神經(jīng)元信息輸入時(shí)，大腦皮層的記憶就無(wú)法得到鞏固。
破解記憶的奧秘將會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)哪些好處呢？雖然我們不能直接植入光開(kāi)關(guān)基因，但仍然可以通過(guò)一種被稱(chēng)為“腦深部電刺激”的技術(shù)將細(xì)小的電極植入大腦中的某個(gè)特定區(qū)域，這種技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于治療帕金森氏癥等疾病?？梢韵胂?，未來(lái)的某一天，人類(lèi)有可能將使用類(lèi)似的技術(shù)來(lái)操縱大腦中的記憶。鑒于這一領(lǐng)域內(nèi)科技的迅猛發(fā)展，操縱大腦記憶印痕的時(shí)代可能已經(jīng)離我們不遠(yuǎn)了。
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