主题:【25个科学问题征文】记忆是怎样存储和提取的? -- 小雨
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家园 【25个科学问题征文】记忆是怎样存储和提取的?

记忆是怎样存储和提取的?

格利戈 米勒

挤在我们两耳之间的那团湿乎乎、两斤来重的东西就是我们知道的一切:这个世界一古脑儿有用没用的知识,我们生命的历史,还包括我们学过的一切技能,比如从骑自行车到哄爱人去倒垃圾。记忆使我们每一个人独一无二,并且赋予我们的生命以连续性。理解大脑如何保存记忆,对于理解我们自己是至关重要的一步。

神经科学家发现了大脑中与记忆相关的关键部位和潜在的分子机制,这是重大的进步。然而,许多重要的问题仍然有待解答,而且目前很难将分子水平的研究和宏观大脑研究联系起来。

一般认为现代记忆研究诞生于1957年发表的一篇关于代号叫H.M.的神经病人的文章。为了减轻年为27岁的H.M.的慢性癫痫症状,医生作了最后的努力 ― 手术切除他大脑颞叶的大部分。手术成功了,但是H.M.却再也记不住从手术后发生的任何事情和遇到的任何人。这个病例揭示了,包含海马体的大脑中颞叶,对于记忆的产生有至关重要的作用。对这个病例更进一步的研究表明,记忆不是单一的。医生训练H.M.学习复杂的镜像绘画的技能(就是面对镜子画画,但是不能直接看到笔和纸,只能通过镜子看)。尽管H.M.对前一次训练没有任何记忆,但在三天内他的表现稳步提高。所以对于大脑而言,记住“以什么方式”不同于记住“什么东西”。

随着动物实验和大脑成像技术的进步,今天的科学家们对于不同的记忆类型及其对应的大脑部位已经有了丰富的知识。但是问题仍然存在。尽管已经证实大脑中颞叶对陈述性记忆(也就是对事实和事件的记忆)的关键作用,但它是个黑匣子 ?C 在记忆的编码和提取过程中,它的各个部件之间是如何相互作用的仍是个谜。另外,大脑中颞叶并不是陈述性记忆的最终归宿。这类记忆明显被置于大脑皮层作长期保存。然而这一切是如何发生的,记忆在皮层中又是以什么形式存储的,还都是未知数。

一个多世纪前,伟大的西班牙神经解剖学家圣地亚哥.拉蒙.卡哈尔提出,记忆形成必然伴随神经元之间的联系的加强。当时的信条是成年人的大脑不再产生新的神经元细胞,因此拉蒙.卡哈尔据此提出的假说是合理的,那就是关键的变化必须发生在现有的神经元之间。但是直到不久以前,科学家对这些变化具体是如何发生的仍毫无头绪。

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(值得纪念的图解:圣地亚哥.拉蒙.卡哈尔 的海马体作图。他提出记忆形成伴随神经元之间联系的加强。)

然而自从二十世纪七十年代以来,在对分离的神经系统组织的研究工作中,科学家发现了大量与记忆形成有关的分子。许多分子同时和陈述性记忆及非陈述性记忆有关,并且同时存在于差异巨大的不同物种中,如海蛤蝓、果蝇和啮齿类动物等,这表明记忆的分子机制在进化过程中是得以保存的。这些工作的一个关键成果是发现了,短期记忆(持续数分钟)伴随神经突触的化学变化导致的神经元之间联系的加强,而长期记忆(持续数天至数星期)则要求蛋白质的合成并有可能形成新的神经突触(即神经元之间新的联系)。

将这些研究工作和宏观研究联系起来是一项重大挑战。一个潜在的纽带是一种叫做长期强势的作用。这是一种神经突触长期强化的形式,在啮齿类动物的海马体切片中得到细致的观察,并被普遍地认为是记忆的生理基础。如果能够在动物体内毫无争议的展示长期强势作用的确是记忆形成的基础,将是一个重大的突破。

同时,更多的新问题不断地出现。近期的研究发现,动物在学习新技能时的大脑活动模式在睡眠中会重复出现。这会不会对强化记忆起到作用呢?还有研究表明我们的记忆并不像我们认为的那样可靠。为什么记忆会如此多变呢?最近的发现重新提出了一个有争议的观点:记忆在每一次被提取的时候,都有一段短暂的时间会容易受到改变。最后,随着九十年代的发现 -- 海马体贯穿生命始终一直都是神经元的滋生地 -- “没有新神经元”信条宣告破产了。这些新生的神经元对学习和记忆有多大的作用还有待进一步的发现。

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