死后大腦 會泄露生前秘密？

在這個(gè)時(shí)代，恐怕大多數(shù)人都不會否認(rèn)大腦是記憶的存儲介質(zhì)，在大量的科幻乃至魔幻藝術(shù)作品中，都有直接從大腦中讀取記憶的橋段。可惜時(shí)至今日，人們依然對記憶存儲之謎一籌莫展，更遑論直接在大腦中讀取記憶了。不過最近，在《自然》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究成果，或許標(biāo)志著人類在這條征途上又向前邁進(jìn)了一步。

冷泉港實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)在《自然》上發(fā)表文章指出，“讀取”大腦切片可以準(zhǔn)確判斷大鼠生前接受的行為訓(xùn)練。這項(xiàng)工作有助于人們進(jìn)一步理解大腦學(xué)習(xí)和記憶的編碼機(jī)制。

大鼠實(shí)驗(yàn)：聽覺訓(xùn)練如何改變大腦

“我們訓(xùn)練老鼠學(xué)會把高頻或者低頻的聲音跟向左或者向右的動作結(jié)合起來，并在腦片上找到了不同聲音頻率信息在紋狀體中的分布，以及紋狀體控制向左向右運(yùn)動的區(qū)域。”論文的第一作者、冷泉港實(shí)驗(yàn)室的熊巧婕博士說。

“作為主要的知覺系統(tǒng)之一，聽覺系統(tǒng)在認(rèn)知研究中是個(gè)很好的模型系統(tǒng)。當(dāng)聽到向左指令的時(shí)候我們?nèi)绾沃老蜃筠D(zhuǎn)？是什么結(jié)構(gòu)和通路把耳朵接受的聲音信號傳遞并轉(zhuǎn)化成了相應(yīng)的動作指令？” 熊巧婕介紹道，“這樣的關(guān)系并不是與生俱來的，而是通過學(xué)習(xí)得到的，那么究竟這些學(xué)來的關(guān)系被存儲在哪里？這是我們這個(gè)工作的主導(dǎo)問題。”

為了解決這一問題，熊巧婕和同事以大鼠為實(shí)驗(yàn)對象展開了研究。他們?yōu)檫@些聰明的小動物設(shè)計(jì)了一個(gè)很簡單的任務(wù)：大鼠首先要聽一段特定頻率的聲音，然后決定將頭探向左邊或者右邊的小孔，如果它的選擇是正確的，就會得到一些水作為獎勵（在此之前大鼠已經(jīng)被限水一段時(shí)間了）。譬如說，如果研究人員決定要讓大鼠把高頻聲音和左側(cè)小孔聯(lián)系起來（高頻音左側(cè)任務(wù)），那么一旦大鼠聽到高頻音，它就得把頭探向左側(cè)的小孔才能得到水喝，探到右側(cè)小孔就會一無所獲；相對地，要是大鼠聽到的是低頻音，那么大鼠就得從右邊的小孔里找水喝。

這種任務(wù)對大鼠而言簡直是小菜一碟。只需訓(xùn)練10次左右，絕大多數(shù)大鼠就能以近乎100%的成功率在特定頻率的聲音響起后探往正確的小孔獲取獎勵。“學(xué)業(yè)有成”之后，這些大鼠也就“飛升”了——研究團(tuán)隊(duì)將它們的大腦拿出來，與那些沒有經(jīng)過訓(xùn)練的，或是訓(xùn)練得半生不熟的大鼠的大腦相比較，看看這段時(shí)間的訓(xùn)練究竟讓它們的大腦產(chǎn)生了怎樣的變化。

讀取大腦記憶？我們還很遙遠(yuǎn)

研究人員們比較關(guān)心的是兩個(gè)分別叫做“聽皮層”和“紋狀體”的腦區(qū)之間的聯(lián)系，他們給這兩個(gè)腦區(qū)之間的聯(lián)系強(qiáng)度起了一個(gè)專門的術(shù)語，叫做“皮層紋狀體可塑性”。“紋狀體在認(rèn)知行為中起著很重要的作用，比如行動選擇、集中注意力和強(qiáng)化學(xué)習(xí)。”熊巧婕介紹說，“從解剖學(xué)角度看，紋狀體接受絕大部分大腦皮層的投射，并通過投射到下游的其它基底核團(tuán)，直接控制和影響運(yùn)動。”

她指出，處在知覺信息區(qū)域（大腦皮層）和運(yùn)動信息區(qū)域（基底核）之間，紋狀體的可塑性很可能是強(qiáng)化學(xué)習(xí)的機(jī)制之一。“所以，我們提出假設(shè)，聽覺皮層投射到紋狀體的神經(jīng)突觸可能在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生了變化，并且這種變化可能記錄了學(xué)習(xí)到的記憶。”熊巧婕說。

那么，這些習(xí)來的記憶究竟對大腦造成了什么改變？要回答這個(gè)問題，我們首先要知道，大腦和電腦的最大區(qū)別就在于大腦是個(gè)“活”的東西——如果大腦中有某條線路被運(yùn)用得特別頻繁，那么這條線路就會變得越來越高效，這構(gòu)成了我們學(xué)習(xí)記憶的基礎(chǔ)。

研究者首先利用光遺傳技術(shù)和電生理技術(shù)，檢測了聽皮層對紋狀體所投射出的神經(jīng)信號強(qiáng)度，果然發(fā)現(xiàn)隨著大鼠的訓(xùn)練，從聽皮層投向紋狀體的某些線路也跟著愈發(fā)強(qiáng)化了。比如，那些經(jīng)歷過高頻左側(cè)任務(wù)歷練的大鼠，聽皮層中負(fù)責(zé)處理高頻音的區(qū)域與紋狀體中與向左邊決策相關(guān)區(qū)域之間的神經(jīng)聯(lián)結(jié)就變得更加強(qiáng)健。而相對地，如果大鼠接受的是其他任務(wù)訓(xùn)練，這條線路則沒有任何變化。

“對于其他方面的學(xué)習(xí)記憶，如果能找到對應(yīng)的解剖學(xué)坐標(biāo)，讀出別人的學(xué)習(xí)記憶也許是有可能的呢。”熊巧婕說。不過，要下諸如“死后大腦泄露生前秘密”和“讀心術(shù)成為現(xiàn)實(shí)”的結(jié)論，實(shí)際上還為時(shí)尚早。“目前來說，直接讀取記憶還是比較遙遠(yuǎn)的目標(biāo)。”熊巧婕強(qiáng)調(diào)，“但是可以說我們的發(fā)現(xiàn)朝實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)前進(jìn)了一小步。我們發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵在于找到了合適的解剖學(xué)坐標(biāo)。”

必須要承認(rèn)的一點(diǎn)是，中樞神經(jīng)系統(tǒng)遠(yuǎn)比人們之前所想象的要復(fù)雜，這項(xiàng)研究實(shí)際上是將極其復(fù)雜的記憶編碼機(jī)制抽象成了一個(gè)極簡的二元選擇模型。“我們提出的模型是個(gè)簡化版，甚至可以說是過于簡化版，其中并沒有考慮到皮層對異側(cè)紋狀體的投射，以及同樣傳遞聲音信息的丘腦對紋狀體的投射。”熊巧婕說，“另外，這個(gè)模型也沒有區(qū)分紋狀體內(nèi)不同類型神經(jīng)細(xì)胞的作用。”

在實(shí)際的記憶中，很少會存在如本研究中所采用的那種非黑即白的二元參數(shù)。無論是聲音、決策還是其他構(gòu)成記憶的種種元素，都是在多個(gè)維度上連續(xù)變化的復(fù)雜變量。我們該如何從大腦中提取出如此紛繁龐雜的信息呢？這還有待未來的研究加以解答。

大腦記憶可以移植嗎？

人類科學(xué)發(fā)展至今，已經(jīng)足以讓許多從前遙不可及的幻想化作現(xiàn)實(shí)，然而在某些領(lǐng)域，至今依然沒有任何本質(zhì)性的進(jìn)步。這當(dāng)中就包括人類的記憶。

從電影到游戲，不少經(jīng)典作品以記憶本身作為故事引子，進(jìn)而關(guān)聯(lián)整部劇情。失憶、幻覺、多重人格，這些在現(xiàn)實(shí)中難得一見的情況在科幻作品中儼然是信手拈來，或者干脆直接用高科技手段來進(jìn)行種種關(guān)于記憶的操作，復(fù)制傳送、改寫消除，人死后大腦保存了生前的記憶等等，這些橋段在科幻電影和恐怖作品里經(jīng)常出現(xiàn)。

人類進(jìn)入現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的領(lǐng)域后開始全面意識到記憶來自腦部，又經(jīng)過足夠漫長的臨床試驗(yàn)和病例分析，才能初步了解大腦皮層中一些對應(yīng)的功能，而如果要再進(jìn)一步了解清楚記憶以怎樣的方式存儲在神經(jīng)元中，只怕所付出的時(shí)間代價(jià)不亞于星際旅行、人工智能等方面。

世界著名的腦神經(jīng)學(xué)鼻祖彭菲爾德在20世紀(jì)中期首次對高級大腦活動做了深入研究，用電流刺激大腦皮層的不同部位了解到受試者可以因此而獲得不同的感知，氣味、聲音、顏色等以往的記憶碎片能夠一一再現(xiàn)出來，因而彭菲爾德在1954年提出了“中央腦系統(tǒng)學(xué)說”。這一學(xué)說認(rèn)為：顳葉和間腦的環(huán)路是人類記憶的主要區(qū)域，如同一個(gè)錄音錄象裝置把人的全部經(jīng)歷毫無遺漏地記錄下來，這種記錄雖然在大多數(shù)情況下未被人主觀意識到，但它的確是客觀地實(shí)現(xiàn)了。因此，對這一區(qū)域施加特殊的刺激時(shí)，一些在通常情況下根本無法回憶的往事便被回憶起來。

2012年3月，發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)研究成功“復(fù)制”了實(shí)驗(yàn)小鼠的一段記憶，讓這段記憶在另一個(gè)不相關(guān)的場景得到重現(xiàn)。研究團(tuán)隊(duì)在小鼠的神經(jīng)元上“植入”了一個(gè)特殊的神經(jīng)受體，當(dāng)遭遇電擊后，電信號能夠激活這個(gè)神經(jīng)受體，并使小鼠對電擊產(chǎn)生恐懼感。而這個(gè)神經(jīng)受體不但能夠被電信號激活，還能被其他化學(xué)物質(zhì)啟動。當(dāng)這些已經(jīng)對電擊產(chǎn)生恐懼的小鼠在接觸到特定的化學(xué)藥品后，它們腦中的神經(jīng)受體也會被激活。哪怕這些小鼠并沒有受到新的刺激，它們也會回憶起曾經(jīng)遭受電擊的痛楚。也就是說，在藥物的作用下，它們被加入了一段改寫后的偏差記憶。

雖然這個(gè)實(shí)驗(yàn)距離真正意義上的復(fù)制記憶相差甚遠(yuǎn)，但從傳達(dá)信息的角度，復(fù)制一個(gè)基本的信號也就意味著有可能更多，在這之上，科學(xué)家需要搞清楚人類大腦記憶產(chǎn)生和保存的機(jī)制，也就意味著在理論上確實(shí)有可能把記憶當(dāng)成一個(gè)客觀存在的信息復(fù)制到某些載體，然后同樣轉(zhuǎn)換成大腦可識別的信號。

如果未來真有一日，人類終能實(shí)現(xiàn)對記憶的自由操作，把記憶當(dāng)成磁盤數(shù)據(jù)一樣任意操作，寫入、刪除、復(fù)制轉(zhuǎn)讓，那么這也許將是人類社會誕生以來最重大的一次顛覆。卡普空的一款作品《勿忘我》所描述的就是這樣一種未來社會，在虛擬世界中，人類全部被灌輸?shù)揭粋€(gè)感知系統(tǒng)中，一個(gè)可以捕獲記憶并且可以自由在線交換和交易的系統(tǒng)，制造感知系統(tǒng)的Memory eyes公司控制整個(gè)世界記憶的流通，而人類自身的記憶完全可以在黑市中進(jìn)行交易，沒有任何安全和隱私而言。

正因?yàn)橛洃涍@一話題如此特別，又如此沉重，和外星生命、人工智能、克隆基因等相比，或許這才真正是科學(xué)上的潘多拉魔盒，或是裝著魔鬼的瓶子，稍有不慎就會釋放出影響整個(gè)人類的夢魘。只是隨著人類科技的發(fā)展，對自身的了解同樣會化成不惜代價(jià)的探索精神，和記憶本身不應(yīng)該受到任何束縛一樣，無法阻擋。