大脑把记忆存在哪了? 原理简单

2017-04-02 | 来源: 新浪科技 | 转到微信 | 有0人参与评论 | 字体: 放大缩小 | 收藏 | 打印

　　从前，俄罗斯有一个着名的神经外科医生，叫做阿卡赫·阿卡诺维奇（Akakhi Akakhievitch）。有一个古怪的病人，希望阿卡诺维奇帮他彻底忘掉他那专横讨厌的母亲。阿卡诺维奇答应了他的请求，打开病人的头颅，一个一个地剔除了数千个神经元，这些神经元都与病人对他母亲的记忆有关。术后，病人从麻醉中苏醒，奇迹出现了，病人失去了所有关于他母亲的记忆，不管是好的还是坏的记忆。阿卡诺维奇对手术的成功感到非常欣喜，高兴之余，他决定致力于下一项研究——找出那些与对祖母的记忆有关的神经元。

　　这个故事当然是虚构的。1969年，神经科学家杰里·莱特文（Jerry Lettvin，已故）在麻省理工学院演讲时，讲述了这个故事，用来阐述他那个后来被戏称为“祖母细胞”（grandmother cells）的理论。莱特文认为，我们日常的每一种意识体验、思维以及记忆，不管是对于某个亲戚朋友，还是其他任何人或者物，都只有大约18000个神经元与之对应。不过，莱特文后来既没有进一步证明，也没有放弃他的大胆假设，而40多年来，科学家对“祖母细胞”理论也一直有不同看法。

　　认为神经元以一种非常具体而明确的方式存储记忆的观点，可以追溯到19世纪末威廉·詹姆斯（William James）提出的所谓“教皇细胞”（pontificial cells）的理论。该理论认为，人们的意识就是由“教皇细胞”产生的。但是，不管是“祖母细胞”还是“教皇细胞”假说，都与当时的主流理论相悖，即诺贝尔奖得主查尔斯·谢灵顿（Charles Sherrington）在1940年提出的“亿万神经元大民主”（a millionfold democracy）的理论。这一理论认为，对任何人和事物的感知，都要依靠亿万神经元的大协作来完成。在这种情况下，任何单个神经元的活动都毫无意义，只有大规模神经元群体的合作才能创造意义。

　　大脑是如何存储一个特定概念的？是通过为数不多的神经元（例如几千个，甚至更少的神经元）来存储，还是动用大量神经元（数以亿计的神经元）分布式地存储在整个大脑中？神经科学家在这个问题上一直争论不休。不过，这种争论也带来了好处，让科学家对记忆和有意识思维有了新的理解。有趣的是，在此过程中，好莱坞还帮了一点忙。

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　　对女影星放电的神经元

　　几年前，我们与加布里埃尔·克赖曼（Gabriel Kreiman，现在是美国哈佛大学医学院的副教授）和莱拉·雷迪（Leila Reddy，现在是法国图鲁斯脑与认知中心的研究员）合作，完成了一次不寻常的实验，在一个病人大脑的海马区（hippocampus，与记忆有关的一个脑区）发现了一个非常有趣的神经元，这个神经元只会对美国女影星珍妮弗·安妮斯顿（Jennifer Aniston）的图片产生强烈反应，而对其他事物（数十个其他男影星、社会名流、场所或动物）的图片无动于衷。在另一个病人的海马区，也发现了一个特殊的神经元，只在女影星哈莉·贝瑞（Halle Berry）的图片出现时放电，甚至计算机屏幕上显示贝瑞的名字时也会放电，而对其他事物保持沉默。还有一个神经元只对女影星奥普拉·温弗雷（Oprah Winfrey）有反应，当出现她的图片，或者计算机屏幕上显示她的名字，或者播出由计算机合成的奥普拉·温弗雷的读音时，这个神经元就会放电。此外，科学家还发现一个神经元，只有在出现天行者卢克（Luke Skywalker，电影《星球大战》中的角色）的图片，或者计算机屏幕上显示他的名字，以及播出由计算机合成的名字读音时放电。类似的例子还有很多。

　　通过直接记录单个神经元的放电情况，就可以实现这类观察研究。另外一些更常用的技术，例如大脑功能成像技术，可以观察受试者在执行一个特定任务时整个脑区的活动情况。大脑功能成像可以追踪大脑中兴奋区域（通常包含几百万个神经元）的整体能耗情况，但是无法分辨一小群神经元的活动，更不用说单个神经元了。为了记录单个神经元发放的电脉冲，需要在大脑中植入比头发还细的微电极。这种技术不像大脑功能成像那样常用，只有在特殊的治疗过程中，才会将微电极植入病人大脑中。