大腦把記憶存在哪了? 原理簡單

2017-04-02 | 來源: 新浪科技 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

　　從前，俄羅斯有一個著名的神經外科醫生，叫做阿卡赫·阿卡諾維奇（Akakhi Akakhievitch）。有一個古怪的病人，希望阿卡諾維奇幫他徹底忘掉他那專橫討厭的母親。阿卡諾維奇答應了他的請求，打開病人的頭顱，一個一個地剔除了數千個神經元，這些神經元都與病人對他母親的記憶有關。術後，病人從麻醉中蘇醒，奇跡出現了，病人失去了所有關於他母親的記憶，不管是好的還是壞的記憶。阿卡諾維奇對手術的成功感到非常欣喜，高興之余，他決定致力於下一項研究——找出那些與對祖母的記憶有關的神經元。

　　這個故事當然是虛構的。1969年，神經科學家傑裡·萊特文（Jerry Lettvin，已故）在麻省理工學院演講時，講述了這個故事，用來闡述他那個後來被戲稱為“祖母細胞”（grandmother cells）的理論。萊特文認為，我們日常的每一種意識體驗、思維以及記憶，不管是對於某個親戚朋友，還是其他任何人或者物，都只有大約18000個神經元與之對應。不過，萊特文後來既沒有進一步證明，也沒有放棄他的大膽假設，而40多年來，科學家對“祖母細胞”理論也一直有不同看法。

　　認為神經元以一種非常具體而明確的方式存儲記憶的觀點，可以追溯到19世紀末威廉·詹姆斯（William James）提出的所謂“教皇細胞”（pontificial cells）的理論。該理論認為，人們的意識就是由“教皇細胞”產生的。但是，不管是“祖母細胞”還是“教皇細胞”假說，都與當時的主流理論相悖，即諾貝爾獎得主查爾斯·謝靈頓（Charles Sherrington）在1940年提出的“億萬神經元大民主”（a millionfold democracy）的理論。這一理論認為，對任何人和事物的感知，都要依靠億萬神經元的大協作來完成。在這種情況下，任何單個神經元的活動都毫無意義，只有大規模神經元群體的合作才能創造意義。

　　大腦是如何存儲一個特定概念的？是通過為數不多的神經元（例如幾千個，甚至更少的神經元）來存儲，還是動用大量神經元（數以億計的神經元）分布式地存儲在整個大腦中？神經科學家在這個問題上一直爭論不休。不過，這種爭論也帶來了好處，讓科學家對記憶和有意識思維有了新的理解。有趣的是，在此過程中，好萊塢還幫了一點忙。

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　　對女影星放電的神經元

　　幾年前，我們與加布裡埃爾·克賴曼（Gabriel Kreiman，現在是美國哈佛大學醫學院的副教授）和萊拉·雷迪（Leila Reddy，現在是法國圖魯斯腦與認知中心的研究員）合作，完成了一次不尋常的實驗，在一個病人大腦的海馬區（hippocampus，與記憶有關的一個腦區）發現了一個非常有趣的神經元，這個神經元只會對美國女影星珍妮弗·安妮斯頓（Jennifer Aniston）的圖片產生強烈反應，而對其他事物（數十個其他男影星、社會名流、場所或動物）的圖片無動於衷。在另一個病人的海馬區，也發現了一個特殊的神經元，只在女影星哈莉·貝瑞（Halle Berry）的圖片出現時放電，甚至計算機屏幕上顯示貝瑞的名字時也會放電，而對其他事物保持沉默。還有一個神經元只對女影星奧普拉·溫弗雷（Oprah Winfrey）有反應，當出現她的圖片，或者計算機屏幕上顯示她的名字，或者播出由計算機合成的奧普拉·溫弗雷的讀音時，這個神經元就會放電。此外，科學家還發現一個神經元，只有在出現天行者盧克（Luke Skywalker，電影《星球大戰》中的角色）的圖片，或者計算機屏幕上顯示他的名字，以及播出由計算機合成的名字讀音時放電。類似的例子還有很多。

　　通過直接記錄單個神經元的放電情況，就可以實現這類觀察研究。另外一些更常用的技術，例如大腦功能成像技術，可以觀察受試者在執行一個特定任務時整個腦區的活動情況。大腦功能成像可以追蹤大腦中興奮區域（通常包含幾百萬個神經元）的整體能耗情況，但是無法分辨一小群神經元的活動，更不用說單個神經元了。為了記錄單個神經元發放的電脈沖，需要在大腦中植入比頭發還細的微電極。這種技術不像大腦功能成像那樣常用，只有在特殊的治療過程中，才會將微電極植入病人大腦中。