揭秘記憶的征途之記憶的產(chǎn)生

唐騁

如果有人問我，現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)最難解決的問題是什么，我會毫不猶豫地回答是記憶。記憶，它在生物界中是如此常見，無論是堪稱智慧無雙的人類，還是全身總共只有302個神經(jīng)元的線蟲，甚至是只有一個細(xì)胞的酵母菌，都存在記憶現(xiàn)象。正是從小到大林林總總的記憶，賦予了我們不同的性格，樹立了我們不同的三觀，讓不同的人走向了不同的道路?？墒?，這個重要到無以復(fù)加的記憶，它的本質(zhì)究竟是什么呢？他是以什么形式存在于我們大腦之中的呢？遺憾的是，時至今日，依然沒有人能很好地回答這兩個問題。

記憶的古典認(rèn)知

在古代，無論東方還是西方，人們普遍相信包括記憶在內(nèi)的一切意識活動都源自一種叫做“靈魂”的東西，它是絕對形而上的，不可被研究的?？赡苷且驗檫@個原因，真正去探討記憶本質(zhì)問題的古人簡直是鳳毛麟角。最早思考這個問題的人是古希臘偉大的哲學(xué)家，自然哲學(xué)的先驅(qū)亞里士多德。與當(dāng)時將靈魂視為神圣不可褻瀆之物的普遍想法不同，亞里士多德認(rèn)為靈魂是可以被研究的，于是很自然的，記憶也是他研究的對象之一。他在其著作《論記憶》中提出：就像是用印章敲出印跡一樣，外界的刺激也會在靈魂上產(chǎn)生“印跡”，這些“印跡”會改變靈魂的樣式，從而塑造出不同的人格。年老者的靈魂就像風(fēng)化的巖石一樣，上面留下的“印跡”會逐漸被侵蝕，所以老人會失去記憶。而不同的人擁有不同的記憶力，是因為不同的人，靈魂質(zhì)地也不同。有的人太軟，“印跡”很快就被侵蝕了，有的人太硬，“印跡”難以產(chǎn)生，只有“軟硬適中”的靈魂才能產(chǎn)生強(qiáng)健而長久的記憶。誠然，古人的樸素觀念不能和現(xiàn)代科學(xué)理論同日而語，但亞里士多德的理論是人類歷史上首次把記憶的獲得與儲存分開來討論，進(jìn)而定義了什么是記憶。現(xiàn)在的科學(xué)家們把信息被儲存，繼而影響行為的現(xiàn)象定義為記憶，而獲取記憶的過程，則稱為學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)和記憶就像是一對無法分開的孿生子，所以神經(jīng)科學(xué)上總是用“學(xué)習(xí)記憶”一詞來描述這個領(lǐng)域。在科學(xué)探索的道路上，明確的定義總是萬里開疆的第一步。

記憶研究的行為范式

研究學(xué)習(xí)記憶并不是一條輕松的道路，最先擋在人類眼前的攔路虎叫做行為范式。我們知道生物學(xué)家研究定西總是喜歡在諸如小老鼠之類的動物上做實驗，可以說沒有實驗動物就沒有生物學(xué)的今天。而在研究神經(jīng)科學(xué)的過程中，最為重要的就是觀察動物的行為：切掉某根神經(jīng)，動物的后腿不動了，我們就知道這根神經(jīng)是操控后腿運(yùn)動的;切掉哪個腦區(qū)，動物總是整晚失眠，我們就知道該腦區(qū)跟睡眠覺醒有關(guān)系。這種為某種研究目的而設(shè)計的行為學(xué)實驗就叫做行為范式，一個好的行為范式能夠大大加深科學(xué)家對神經(jīng)機(jī)制的理解?？墒禽喌綄W(xué)習(xí)記憶頭上，事情就不好辦了，動物不會說話，更不會讀書寫字，我們該如何建立一種讓大家都信服的專門用來研究學(xué)習(xí)記憶的行為范式呢？

解決這個問題的是兩個名字至今都如雷貫耳的科學(xué)家——巴普洛夫和斯金納。俄國生理學(xué)家巴普洛夫最早的研究領(lǐng)域是消化系統(tǒng)（他也因此而獲得了諾貝爾生理及醫(yī)學(xué)獎），在一次測試狗產(chǎn)生唾液的實驗中，他偶然發(fā)現(xiàn)，當(dāng)負(fù)責(zé)給實驗狗喂食的飼養(yǎng)員進(jìn)入房間的時候會碰響門鈴，而這門鈴聲會導(dǎo)致狗的唾液分泌量大大增加。他又另外尋找了實驗室之外的狗，發(fā)現(xiàn)那些狗的唾液分泌并不受門鈴的影響。很顯然，他實驗室的狗記住了門鈴和食物的聯(lián)系。經(jīng)過一系列實驗后，大名鼎鼎的條件反射被發(fā)現(xiàn)了。

在巴普洛夫之后，美國心理學(xué)家斯金納更是大大拓展了條件反射的概念。他設(shè)計了一個操作箱，在這個箱子里面有一個操縱桿，被關(guān)在這個箱子里面的動物——例如一只小鼠——只有親自觸碰到這個操縱桿才能獲取一定的獎賞，比如一小勺美味的食物。一開始，小鼠可能只是誤打誤撞碰動了那個操縱桿而意外獲得一些食物，但久而久之，小鼠就會學(xué)習(xí)到觸碰操縱桿和食物的聯(lián)系，繼而一旦覺得餓就主動去觸碰操縱桿。這種依靠動物自身操作來實現(xiàn)的條件反射叫做操作性條件反射。

有了良好的行為范式，對學(xué)習(xí)記憶的探索終于可以從形而上的哲學(xué)思考中脫離出來，放在實驗室中科學(xué)地研究。但此時此刻的探索還停留在行為層面，學(xué)習(xí)記憶的生理學(xué)機(jī)制依然如同一個黑箱子一樣擺在人們的面前，我們可以知道什么樣的操作會導(dǎo)致什么樣的行為，可是其中的詳細(xì)機(jī)制卻還全然沒有頭緒。

記憶的現(xiàn)代認(rèn)知

在很早的古代，就已經(jīng)有一些先驅(qū)敏銳地意識到大腦才是思維的物質(zhì)基礎(chǔ)。可是在人類的漫漫歷史中，東西方的主流思想似乎一直認(rèn)定那顆砰砰跳動的“心”才是一切意識活動的源頭，就這樣我們的祖先一直“心想”了數(shù)千年，也沒“用心”想出大腦究竟有何作用，中國的古人甚至認(rèn)為腦只是一個不堪大用的脂肪倉庫，所以形容一個人胖而無用就說他是“腦滿腸肥”。這種錯誤認(rèn)識一直到啟蒙運(yùn)動之后才有了轉(zhuǎn)機(jī)，十八世紀(jì)后，在諸如阿斯特魯克和洛蘭圖等學(xué)者、醫(yī)生的工作下，大腦是意識和思維的器官才逐漸成為主流學(xué)界的共識。但在那個時代，人們對大腦的認(rèn)識還是相當(dāng)粗糙甚至是玄幻的，以至于在十九世紀(jì)開始流行起了不亞于現(xiàn)代星座迷信的“顱相學(xué)”。盡管有各種錯誤認(rèn)識，但就是在這樣的年代里，神經(jīng)科學(xué)走向了成熟，許多腦區(qū)的功能被破解出來，可以說現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)的大量重要基礎(chǔ)就是在那個時代被打下的?？墒窃谝黄睒s之中，學(xué)習(xí)記憶卻像是一個被神經(jīng)科學(xué)界拋棄的孤兒，在兩百多年的時間里一直鮮有進(jìn)步。

1933年美國康涅狄格州，一名叫做亨利·古斯塔·莫萊森的七歲男孩不幸遭遇了一次嚴(yán)重的車禍。沒有人知道，這次車禍居然就這么意外地打破了研究學(xué)習(xí)記憶的僵局。這個不幸的男孩在車禍中頭部遭到了嚴(yán)重的創(chuàng)傷，以至于留下了非常嚴(yán)重的后遺癥——不定期的突發(fā)癲癇。隨著年齡的增長，他的癲癇越來越嚴(yán)重，終于到27歲的時候，他幾乎喪失了全部的生活自理能力。不堪忍受病痛折磨的他來到了哈特福德醫(yī)院尋求治療，在對他的檢查中，神經(jīng)外科醫(yī)生發(fā)現(xiàn)他癲癇的成因是大腦兩側(cè)顳葉邊緣系統(tǒng)的一部分腦區(qū)發(fā)生了病變。那個時代的外科醫(yī)學(xué)遠(yuǎn)沒有現(xiàn)在這么精細(xì)，更遑論什么醫(yī)療事故評審機(jī)制，醫(yī)生對于這種情況的解決之道非常簡單粗暴——哪里有問題，就把哪里切了。手術(shù)之后，莫萊森的病變腦區(qū)被完全移除。好消息是困擾他二十年的癲癇癥狀從此基本消失了，但壞消息是他出現(xiàn)了可怕的后遺癥：他再也記不住任何新的東西了。從此，科學(xué)家們知道了控制記憶產(chǎn)生的最關(guān)鍵的腦區(qū)，就是那個莫萊森被摘除的、在顳葉皮層下邊緣系統(tǒng)的一塊區(qū)域，由于這塊區(qū)域形狀類似海馬，所以它就被命名為海馬區(qū)。后來，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)某些疾病，比如說阿茲海默?。ㄒ郧胺Q為老年癡呆癥），就正是因為海馬區(qū)的神經(jīng)元大量死亡從而導(dǎo)致病人出現(xiàn)類似于莫萊森的癥狀。

莫萊森的智力、人格或是已有的記憶都沒有受到任何影響，但是他不能形成新的記憶，任何記憶都在他的腦海中一閃而過，只要一分神，他就會忘記之前他在做什么，遇到了什么人或是正在閱讀的內(nèi)容。正是對莫萊森的研究讓科學(xué)家們知道了記憶可以根據(jù)時效分為工作記憶、短期記憶和長期記憶。工作記憶是為了完成當(dāng)下的工作而臨時產(chǎn)生的一些記憶，譬如你全神貫注做一件事情的時候，你會記得這件事情的大部分細(xì)節(jié)，但是一旦你完成這件事，為了做這件事而臨時產(chǎn)生的記憶，比如說某個工具被順手放在哪里之類都會消失;而短期記憶則是為了完成一些時間跨度比較長的工作而產(chǎn)生的臨時記憶，比如說你的朋友約你去吃飯，在赴宴之前你一直會記得約定的時間地點，但是此事過后幾個月你就會徹底忘掉這些細(xì)節(jié)。而長期記憶則會幾乎伴隨一生，比如初吻的情景，比如父母的模樣。而莫萊森的工作記憶沒有問題，但是工作記憶無論如何也不能轉(zhuǎn)變成短期記憶了。

除此以外，科學(xué)家們還對莫萊森做了很多很有趣的實驗。有一次，研究莫萊森最多的科學(xué)家，加拿大心理學(xué)家布蘭達(dá)·米爾納讓莫萊森按照鏡子里面的圖像在紙上繪畫，這對常人而言并不是一個信手拈來的任務(wù)。一開始他做得也不好，但是經(jīng)過長期的練習(xí)，莫萊森的技術(shù)居然也和常人一樣進(jìn)步了——盡管他自己絲毫不記得做過任何相關(guān)的訓(xùn)練。于是，科學(xué)家們意識到那些可以用語言描繪的記憶和那些所謂要用身體記住的記憶是不同的，這兩種記憶后來分別被稱為陳述性記憶和程序性記憶（或非陳述性記憶）。

就是在對他一次又一次的研究中，科學(xué)家不僅第一次把虛無縹緲的記憶同實實在在的大腦區(qū)域聯(lián)系了起來，而且還建立了對記憶更準(zhǔn)確的分類，除了上述提到的兩種分類方法外，還有按照記憶的抽象或具體分為語義記憶和情景記憶，按照是否有意識分為外顯記憶和內(nèi)隱記憶等。這種科學(xué)的分類可以說是繼亞里士多德定義記憶以來最為重要的概念擴(kuò)展。

海馬的發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)家們意識到記憶并不是如之前大多數(shù)人所認(rèn)為的那樣彌散在整個腦區(qū)，而是只與特定的若干腦區(qū)相關(guān)。由于有巴普洛夫和斯金納建立的行為范式，通過簡單地?fù)p毀和修復(fù)實驗，人們找到了越來越多的與記憶相關(guān)的腦區(qū)，比如伏隔核、杏仁核、丘腦等等，它們都在記憶的形成與存儲、調(diào)用中扮演了不同的角色。endprint