記憶產生的種種奧秘

王小莜

記憶是如何產生的？為何有的人記憶力好，有的人記憶力差？記憶與情感有無關聯？這些問題長期以來困擾著神經生物學家。現在，幾項研究成果的披露讓人們從分子水平看到了記憶形成的一些蛛絲馬跡，也為人工智能研究，提高學習效果，以及疾病治療（如防治老年性癡呆）等提供了新的線索。

記憶物質

過去，人們已經知道大腦中記憶的關鍵部位是海馬體，它是大腦中的一個重要區域，在記憶、情緒、情感等腦功能活動中發揮著重要作用。但是，人們一直不知道記憶形成的過程和分子基礎。

美國阿爾伯特·愛因斯坦醫學院的帕克等人通過先進的成像技術拍攝神經細胞中的分子視頻，初步了解了記憶形成過程中的一種記憶物質的作用。在對小鼠腦部海馬體的神經細胞中的記憶物質——β肌動蛋白信使核糖核酸（mRNA）分子（即一種神經分子）標注了熒光標簽后，研究人員拍攝到了它們的蹤跡，發現它們形成于神經細胞核，并在神經細胞的整個樹突中穿行。研究人員認為，這可能就是小鼠大腦記憶形成的分子基礎。

更為重要的是，這項研究并未使用基因工程的方法或者可能破壞神經細胞的其他介入措施。目前，觀察大腦細胞有多種方法，一種是為神經分子標注熒光標簽，使其能釋放光線穿過大腦組織，從而讓成像技術拍攝到大腦細胞中的分子軌跡；另一種是將光纖設備植入大腦組織，以觀察產生記憶的海馬體神經細胞。帕克等人就是利用了前一種技術。

不過，記憶物質或分子還有很多。例如，過去的研究已經發現，有兩種分子（絲裂原活化蛋白激酶MAPK和激酶PKA）與多種記憶形式以及突觸（神經細胞之間的接觸點）形狀改變有關，也就是說它們不僅僅是記憶的物質基礎，也參與了神經元（神經細胞）的相互作用。但是，這兩種物質和神經元相互發生關系后是如何形成記憶的，卻一直不太清楚。

現在，美國紐約大學的神經科學中心教授托馬斯·卡魯和加利福尼亞大學歐文分校神經學家組成的研究小組利用加利福尼亞海兔進行研究，初步揭開了記憶的奧秘。加利福尼亞海兔是一種海洋軟體動物，也叫海蛞蝓，它們的神經元比高等生物，如脊椎動物還要大10～50倍，而且其神經網絡相對較小。這些特性讓研究人員很容易檢查記憶形成過程中的分子信號。此外，它們的記憶編碼機制在進化過程中高度保守，幾乎沒有什么改變，這也和哺乳動物的記憶編碼機制很相似。所以，研究它們的記憶有助于揭開高等動物和人類的記憶之謎。

研究人員對海兔的尾部施加溫和程度的電擊，誘導它們形成更強的條件反射行為，即激活其尾部神經結構，然后對絲裂原活化蛋白激酶和激酶的分子活性進行檢查。結果發現，在形成中期記憶（幾個小時）和長期記憶（幾天）時，絲裂原活化蛋白激酶和激酶的活性都被激發，而且絲裂原活化蛋白激酶刺激了激酶的活動。而在不到30分鐘的短期記憶中，只有激酶的活性被激發，絲裂原活化蛋白激酶并未參與。

這一研究表明，絲裂原活化蛋白激酶和激酶不僅是記憶的物質基礎，而且它們的分子活性是形成中短期記憶的關鍵因素。

記憶的神經回路

大腦神經的記憶不只是需要記憶物質產生作用，還需要神經元之間的聯系并產生回路，這才能形成記憶。現在，日本理化研究所的圭吾等人通過試驗發現了記憶的神經回路的新機制。他們同樣采用熒光標記物來標記神經元，以觀察海馬體的神經元。過去，個體學習和記憶能力的產生被認為是由于大腦中海馬體神經元突觸連接性的增強所致。海馬體包括5個亞區，在其中4個亞區之間形成的回路被認為是個體記憶形成的關鍵。但是，現在研究人員又在海馬體的第5個亞區中鑒別出了一種新型回路。

海馬體的5個亞區是CA1-CA5，其中CA2亞區的細胞比較粗糙。圭吾等人通過檢測基因RGS14、PCP4和STEP的表達情況鑒別出了小鼠大腦中的CA2亞區，并對這一亞區中的神經元形成的連接進行分析。結果顯示，CA2亞區的神經元可以接收海馬齒狀回區域細胞的大量的信息輸入。

隨后研究人員對小鼠大腦進行試驗，利用激光來刺激海馬體的神經元并且記錄其他幾個亞區的活性情況。結果顯示，CA2和CA3區域的神經元的刺激激活作用可以快速發生，但CA1區相對遲緩一些。研究人員認為，CA2亞區的神經元可以將信息發送至CA1亞區，形成一種可以交替的回路。這提示，與CA2亞區相聯系的神經回路或許是空間信息和情感信息相結合的路徑，因為CA2亞區可以從海馬體背部向海馬體腹部傳遞信息。這說明，CA2亞區既是記憶形成的關鍵要素之一，又是情感產生的重要部位。

另一方面，美國波士頓大學的研究人員也發現了有關記憶的兩個神經回路，這是在猴子大腦中發現的，由此也可推論人的大腦也有多種關于記憶的神經回路。

用于進行研究的猴子可以對物體的顏色和物體運動的方向產生反應和認知，這兩種認知可能涉及大腦不同的神經回路，需要隨時切換，才會有兩種不同的認知。在試驗中，研究人員讓猴子認知物體的顏色和運動方向并在兩種行為之間互相切換，與此同時測定猴子大腦額葉前皮質不同位置產生的腦電波。

腦額葉前皮質是思維和決策產生的部位，當思維產生和做決策時，這些部位神經元產生的腦電波會有節律地波動，只要測試這些腦電波就可以知道大腦這些部位是否在活動。研究人員發現，當猴子對物體顏色的判斷切換到對物體運動的方向產生反應時，猴子大腦這一部位神經元產生的振動頻率會明顯變高，即產生β波。大腦功能的切換既要依賴神經回路，也要依賴貯存于神經元中的記憶，以做出判定。

所以，研究人員推論，猴子的大腦在不同規則和想法之間來回切換的時候，它們有不同的神經網絡進行切換和協調。

對海馬體的新認識

在記憶機理方面，另一些研究人員還觀察到海馬體在此之前不為人知的一些奧秘，這些奧秘可能會改變人們對記憶形成和機理的固有看法。

顯然，神經元的活動才是記憶的基礎，因為，即便是記憶物質也是在神經元中產生的并與其他神經元聯系而形成神經回路，由此才會產生長時或短時記憶。現在，研究人員對小鼠大腦海馬體的研究發現，海馬體新產生的神經元可能是正常學習和記憶過程的關鍵。

以前的研究已經證明，新生神經元與成人現有的大腦中的神經元會組成連接。為了幫助確定新生神經元的作用，研究人員通過光基因技術控制小鼠海馬體中的新生神經元，測試它們的功能。結果證明，新的神經細胞會加深對恐懼的記憶，同時加強空間定位記憶。這一研究也證明，成年小鼠的大腦海馬體可以產生新的神經元。

還有一些研究證明，即便人成年后，大腦也會產生新的神經元。至于成人大腦的海馬體是否會產生新的神經元，還需要研究來證實。一旦能證實，說明成人的記憶也可得到加強，而且可以產生新的治療老年性癡呆的方法或技術。

美國加州大學的安內瑟等人對一名稱為H.M.的癲癇病人的大腦解剖也獲得了新的發現。

H.M.生于1926年，他在10歲時開始出現輕度癲癇，到了15歲時發展成嚴重癲癇。當時對H.M.治療的抗驚厥藥物不太管用，于是醫生在他27歲時（1953年），對其做了神經外科手術，將其大腦中海馬體的一部分切除。這次手術對治療H.M.的癲癇有較好的療效，癲癇發作的頻率減少，但由于切除了部分海馬體，H.M.的長期記憶嚴重喪失。20世紀90年代對H.M.拍攝的腦成像圖片證實，他的海馬體大部分已被切除。

2008年H.M.去世，安內瑟等人對H.M.的大腦做了切片，并創建了其大腦病變區域的一個三維模型。研究人員用這些模型與H.M.還活著時所做的成像圖片進行對比，卻發現H.M.的海馬體相當大一部分實際上還保留著。現在，這一研究結果已經發表。

這個結果提示，要么是海馬體的神經細胞有新生能力，要么是海馬體的某些區域在記憶中所起的作用需要重新評估。海馬體的神經細胞的新生不僅對記憶有重要作用，還可以治療抑郁癥、老年性癡呆等疾病。因為海馬體與記憶有關，也與情感有關。

【責任編輯】張田勘endprint