揭秘记忆的征途之记忆的产生

唐骋

如果有人问我，现代神经科学最难解决的问题是什么，我会毫不犹豫地回答是记忆。记忆，它在生物界中是如此常见，无论是堪称智慧无双的人类，还是全身总共只有302个神经元的线虫，甚至是只有一个细胞的酵母菌，都存在记忆现象。正是从小到大林林总总的记忆，赋予了我们不同的性格，树立了我们不同的三观，让不同的人走向了不同的道路。可是，这个重要到无以复加的记忆，它的本质究竟是什么呢？他是以什么形式存在于我们大脑之中的呢？遗憾的是，时至今日，依然没有人能很好地回答这两个问题。

记忆的古典认知

在古代，无论东方还是西方，人们普遍相信包括记忆在内的一切意识活动都源自一种叫做“灵魂”的东西，它是绝对形而上的，不可被研究的。可能正是因为这个原因，真正去探讨记忆本质问题的古人简直是凤毛麟角。最早思考这个问题的人是古希腊伟大的哲学家，自然哲学的先驱亚里士多德。与当时将灵魂视为神圣不可亵渎之物的普遍想法不同，亚里士多德认为灵魂是可以被研究的，于是很自然的，记忆也是他研究的对象之一。他在其著作《论记忆》中提出：就像是用印章敲出印迹一样，外界的刺激也会在灵魂上产生“印迹”，这些“印迹”会改变灵魂的样式，从而塑造出不同的人格。年老者的灵魂就像风化的岩石一样，上面留下的“印迹”会逐渐被侵蚀，所以老人会失去记忆。而不同的人拥有不同的记忆力，是因为不同的人，灵魂质地也不同。有的人太软，“印迹”很快就被侵蚀了，有的人太硬，“印迹”难以产生，只有“软硬适中”的灵魂才能产生强健而长久的记忆。诚然，古人的朴素观念不能和现代科学理论同日而语，但亚里士多德的理论是人类历史上首次把记忆的获得与储存分开来讨论，进而定义了什么是记忆。现在的科学家们把信息被储存，继而影响行为的现象定义为记忆，而获取记忆的过程，则称为学习。学习和记忆就像是一对无法分开的孪生子，所以神经科学上总是用“学习记忆”一词来描述这个领域。在科学探索的道路上，明确的定义总是万里开疆的第一步。

记忆研究的行为范式

研究学习记忆并不是一条轻松的道路，最先挡在人类眼前的拦路虎叫做行为范式。我们知道生物学家研究定西总是喜欢在诸如小老鼠之类的动物上做实验，可以说没有实验动物就没有生物学的今天。而在研究神经科学的过程中，最为重要的就是观察动物的行为：切掉某根神经，动物的后腿不动了，我们就知道这根神经是操控后腿运动的;切掉哪个脑区，动物总是整晚失眠，我们就知道该脑区跟睡眠觉醒有关系。这种为某种研究目的而设计的行为学实验就叫做行为范式，一个好的行为范式能够大大加深科学家对神经机制的理解。可是轮到学习记忆头上，事情就不好办了，动物不会说话，更不会读书写字，我们该如何建立一种让大家都信服的专门用来研究学习记忆的行为范式呢？

解决这个问题的是两个名字至今都如雷贯耳的科学家——巴普洛夫和斯金纳。俄国生理学家巴普洛夫最早的研究领域是消化系统（他也因此而获得了诺贝尔生理及医学奖），在一次测试狗产生唾液的实验中，他偶然发现，当负责给实验狗喂食的饲养员进入房间的时候会碰响门铃，而这门铃声会导致狗的唾液分泌量大大增加。他又另外寻找了实验室之外的狗，发现那些狗的唾液分泌并不受门铃的影响。很显然，他实验室的狗记住了门铃和食物的联系。经过一系列实验后，大名鼎鼎的条件反射被发现了。

在巴普洛夫之后，美国心理学家斯金纳更是大大拓展了条件反射的概念。他设计了一个操作箱，在这个箱子里面有一个操纵杆，被关在这个箱子里面的动物——例如一只小鼠——只有亲自触碰到这个操纵杆才能获取一定的奖赏，比如一小勺美味的食物。一开始，小鼠可能只是误打误撞碰动了那个操纵杆而意外获得一些食物，但久而久之，小鼠就会学习到触碰操纵杆和食物的联系，继而一旦觉得饿就主动去触碰操纵杆。这种依靠动物自身操作来实现的条件反射叫做操作性条件反射。

有了良好的行为范式，对学习记忆的探索终于可以从形而上的哲学思考中脱离出来，放在实验室中科学地研究。但此时此刻的探索还停留在行为层面，学习记忆的生理学机制依然如同一个黑箱子一样摆在人们的面前，我们可以知道什么样的操作会导致什么样的行为，可是其中的详细机制却还全然没有头绪。

记忆的现代认知

在很早的古代，就已经有一些先驱敏锐地意识到大脑才是思维的物质基础。可是在人类的漫漫历史中，东西方的主流思想似乎一直认定那颗砰砰跳动的“心”才是一切意识活动的源头，就这样我们的祖先一直“心想”了数千年，也没“用心”想出大脑究竟有何作用，中国的古人甚至认为脑只是一个不堪大用的脂肪仓库，所以形容一个人胖而无用就说他是“脑满肠肥”。这种错误认识一直到启蒙运动之后才有了转机，十八世纪后，在诸如阿斯特鲁克和洛兰图等学者、医生的工作下，大脑是意识和思维的器官才逐渐成为主流学界的共识。但在那个时代，人们对大脑的认识还是相当粗糙甚至是玄幻的，以至于在十九世纪开始流行起了不亚于现代星座迷信的“颅相学”。尽管有各种错误认识，但就是在这样的年代里，神经科学走向了成熟，许多脑区的功能被破解出来，可以说现代神经科学的大量重要基础就是在那个时代被打下的。可是在一片繁荣之中，学习记忆却像是一个被神经科学界抛弃的孤儿，在两百多年的时间里一直鲜有进步。

1933年美国康涅狄格州，一名叫做亨利·古斯塔·莫莱森的七岁男孩不幸遭遇了一次严重的车祸。没有人知道，这次车祸居然就这么意外地打破了研究学习记忆的僵局。这个不幸的男孩在车祸中头部遭到了严重的创伤，以至于留下了非常严重的后遗症——不定期的突发癫痫。随着年龄的增长，他的癫痫越来越严重，终于到27岁的时候，他几乎丧失了全部的生活自理能力。不堪忍受病痛折磨的他来到了哈特福德医院寻求治疗，在对他的检查中，神经外科医生发现他癫痫的成因是大脑两侧颞叶边缘系统的一部分脑区发生了病变。那个时代的外科医学远没有现在这么精细，更遑论什么医疗事故评审机制，医生对于这种情况的解决之道非常简单粗暴——哪里有问题，就把哪里切了。手术之后，莫莱森的病变脑区被完全移除。好消息是困扰他二十年的癫痫症状从此基本消失了，但坏消息是他出现了可怕的后遗症：他再也记不住任何新的东西了。从此，科学家们知道了控制记忆产生的最关键的脑区，就是那个莫莱森被摘除的、在颞叶皮层下边缘系统的一块区域，由于这块区域形状类似海马，所以它就被命名为海马区。后来，科学家们发现某些疾病，比如说阿兹海默病（以前称为老年痴呆症），就正是因为海马区的神经元大量死亡从而导致病人出现类似于莫莱森的症状。

莫莱森的智力、人格或是已有的记忆都没有受到任何影响，但是他不能形成新的记忆，任何记忆都在他的脑海中一闪而过，只要一分神，他就会忘记之前他在做什么，遇到了什么人或是正在阅读的内容。正是对莫莱森的研究让科学家们知道了记忆可以根据时效分为工作记忆、短期记忆和长期记忆。工作记忆是为了完成当下的工作而临时产生的一些记忆，譬如你全神贯注做一件事情的时候，你会记得这件事情的大部分细节，但是一旦你完成这件事，为了做这件事而临时产生的记忆，比如说某个工具被顺手放在哪里之类都会消失;而短期记忆则是为了完成一些时间跨度比较长的工作而产生的临时记忆，比如说你的朋友约你去吃饭，在赴宴之前你一直会记得约定的时间地点，但是此事过后几个月你就会彻底忘掉这些细节。而长期记忆则会几乎伴随一生，比如初吻的情景，比如父母的模样。而莫莱森的工作记忆没有问题，但是工作记忆无论如何也不能转变成短期记忆了。

除此以外，科学家们还对莫莱森做了很多很有趣的实验。有一次，研究莫莱森最多的科学家，加拿大心理学家布兰达·米尔纳让莫莱森按照镜子里面的图像在纸上绘画，这对常人而言并不是一个信手拈来的任务。一开始他做得也不好，但是经过长期的练习，莫莱森的技术居然也和常人一样进步了——尽管他自己丝毫不记得做过任何相关的训练。于是，科学家们意识到那些可以用语言描绘的记忆和那些所谓要用身体记住的记忆是不同的，这两种记忆后来分别被称为陈述性记忆和程序性记忆（或非陈述性记忆）。

就是在对他一次又一次的研究中，科学家不仅第一次把虚无缥缈的记忆同实实在在的大脑区域联系了起来，而且还建立了对记忆更准确的分类，除了上述提到的两种分类方法外，还有按照记忆的抽象或具体分为语义记忆和情景记忆，按照是否有意识分为外显记忆和内隐记忆等。这种科学的分类可以说是继亚里士多德定义记忆以来最为重要的概念扩展。

海马的发现让科学家们意识到记忆并不是如之前大多数人所认为的那样弥散在整个脑区，而是只与特定的若干脑区相关。由于有巴普洛夫和斯金纳建立的行为范式，通过简单地损毁和修复实验，人们找到了越来越多的与记忆相关的脑区，比如伏隔核、杏仁核、丘脑等等，它们都在记忆的形成与存储、调用中扮演了不同的角色。endprint