出品：中国科普博览 SELF格致论道讲坛导语：记忆究竟影响一个人多少？如果失去了过去的记忆，我们还是原来的自己吗？人脑内有一个海马区，掌控了长期间记忆，若是受损，有可能从此无法形成新的记忆，这意味着无法认识新的人、无法记得5分钟前做了什么！“记忆某种程度上就代表了我们本身”，在SELF讲坛上，中科院神经科学研究所的李澄宇为我们揭开“记忆”神秘的面纱。---嘉宾介绍---李澄宇中国科学院神经科学研究所研究员以下内容为李澄宇演讲实录：各位下午好！非常荣幸有机会在这里和大家一起交流关于记忆的一些奥秘。记忆当然很重要，如果我们有一天突然丧失了记忆，比如说阿尔茨海默症患者，当我们走到路中间突然不记得自己是谁？为什么在这里？怎么回家？这是一个很可怕的事情，所以记忆当然很重要。但是因为我们已经社会化这么久了，所以其实遗忘掉在演化上我们和其他动物相比，是拥有类似的记忆的能力的，所以我在这里想向各位介绍一些有趣的例子，来说动物为什么需要学习和记忆。第一个例子，这白眉猴它所生活的空间相当之大，它的主要食物是成熟之后的果实，它生存的空间里面有大概10万棵树，在任何一个时刻成熟的果树有50棵，所以它需要赶在别的竞争对手之前找到这50棵树，对不对？要不然就被其他的鸟类吃掉了。所以需要学会找到这些树，然后记住它在哪里。第二个例子，如果你是一个捕食者，那么需要学会去捕食；如果是个被捕食者，需要学会不要被人吃掉，对不对？或者被别的动物吃掉。所以这是明显例子，这都是和记忆有很大的关系。我想问各位一个问题──在这张图片中哪一只是老大？可以告诉我吗？哪个是老大？中间那个是吧，我们并不是狒狒，但是我们很容易看出来谁是老大。如果你我们生活在这个群体里面，或者我们生活在人的群体里面──人的社会群体有非常强烈的等级制度──我们很容易理解，是需要学会这些等级制度和相关的行为的，所以学习是蛮重要的。接下来我想举一个更明确的例子，来说明学习记忆对生存的必要性。这边展示的是黑长尾猴，它生活在非洲，大概3到5公斤，是很小的一类猴子。在野外，黑长尾猴的生存相当不易，一岁之内的小的黑长尾猴有60%会死亡，其中至少70%是来自于捕食者。黑长尾猴的捕食者有主要分为三类：第一类是在陆地上捕食的──以豹子为代表──这些大型的捕食动物；第二类是在空中飞翔的──以战雕为代表的──翼展两米的捕食鸟类；第三种是蟒蛇，在草丛里面埋伏的准备捕食的。针对这三类不同的捕食者，黑长尾猴发展出了非常有效的警告性的呼叫声。这里我想请工作人员来播放这个声音，当黑长尾猴看到豹子的时候，它会发出这样的警告声音，黑长尾猴听到同伴这样的叫声的时候，它的第一反应要上树，为什么？豹子的体重大，它在树上跑的没有猴子快，所以在树上安全。曾经有人观察到一只豹子追一只黑长尾猴，在树上追了一个小时没有追到，所以树上是安全的。如果看到的是鹰，那么警报声是这样子的，非常短促，如果听到这样的声音，那么正确的反应是马上进入灌木丛。我刚刚说战雕翼展两米，所以在灌木里面它是无法飞行和捕食的，灌木丛里安全。如果看到是蛇，那么警告声音是这样的，很短促的声音，如果听到说这种警告式叫声的话，那么正确的反应是站起来向四面看，因为蟒蛇主要靠潜伏来捕食，在草丛里面你正好踩到蟒蛇身上了，它把你吃掉了。如果你听到的是鹰的警告声，然后你的反应是进灌木丛，那对不起，一般那蟒蛇在，如果你走错的话，那么后果是很悲惨的。刚才是警告性的声音，这是很重要的发现，但是Cheney和Seyfarth他们两个人在长期的关注──他们发展的这样有趣的实验来证明“观察学习”的重要性。我刚才说幼儿的这个黑长尾猴它的死亡率是很高的，他们就对这种幼儿的一岁以下的黑长尾猴播放刚才那三种声音，音箱放到草丛里面播放，看它们的反应是不是对。然后在分析的时候，把这种反应分成两类：左边一类是在小猴反应之前，先看一下成年猴，你看他做正确的反应的次数就远高于做错误反应的次数。如果这些小猴没有看一下成年猴，就直接做了反应了，那么它们出错的几率是很高的，做正确或错误差不多。请各位再回想一下，我刚才说一岁之内的小猴60%会死亡，多数是来自于捕食的话，就会意识到现在的这个差别，看一下和不看一下，观察一下、不观察一下对于生存有着非常重要的意义。所以这是一个例子，我觉得很有趣，是说明在野外其实动物是非常依赖于学习记忆的。接下来我想向各位介绍一下什么是“学习记忆”，但不是传统意义上的介绍，因为大家都知道学习记忆，都明白──经验引起了后续的行为改变──就是学习和记忆。我想说的是我们在实验室里面怎么去研究学习记忆？我想向各位展示一个视频，是黑猩猩它们去做一个工作记忆的任务。这并不是说黑猩猩的短时间的工作记忆能力比人强，这是因为它做这任务时，每做对一次，就有一个花生可以吃。我们在实验室里面也让我们的实验动物或者人，做类似的类似的行为：比如说在这个任务里面我们先给受试者一个视觉刺激，然后延迟的时候把样本隐藏起来，选择的时候，我要让人或者是动物选择一个和刚才样本不一样的刺激，就这样一个任务。或者是病人──比如说精神分裂症患者──来做这样的事情，可以看到X轴就是给不同的样本的数量；Y轴是出现错误的几率，即使正常的红色的线也是随着要我记得信息越来越多，我出错的几率会越大，对吧？这是正常的。但是精神分裂症患者，他们出的错误就更高。做基础研究对于临床或者对我们实际生活其实是有很大的关系的，比如说工作记忆这种，它是一个非常基础的研究，对不对？但是其实我们的很多患者都有很严重的工作记忆的问题。当我自己躺在我们的所里面的核磁功能共振成像仪器里面，我自己做刚才这个任务，这是我自己的脑子的反应，至少这个脑子看起来还比较正常。如果侧过来看的话，额叶顶叶这两个脑区在我做工作记忆的任务的时候──需要短时间的记住一个信息──它会被激活，就颜色比较热的这种地方，颜色比较蓝的地方就是被抑制的地方，所以我们的脑子其实有很多特定的脑区，是在帮助我们做这种行为的。但是我还不太愿意把我自己脑子切开来，然后把它拿出来看我的脑子是怎么工作的，所以我们需要和刚才几位老师说的一样，需要各种各样的动物模型，所以在我们实验室里面主要用小鼠作为模型来研究工作记忆，这种短暂的存储信息的这种能力。我们所使用的是嗅觉──因为小鼠是一个嗅觉很好的动物──我们会给它两次气味，两个气味中间会有延迟期几秒钟，如果两个气味是不一样，那么它要舔，来得到水；如果两个气味是一样的，那就不用舔，因为没有水。就这样一个任务。这个任务的好处是在时间上，把感觉、记忆、抉择给它分开来，这是我们这么设计的原因。接下来我会展示一个视频，看小鼠怎么做这个任务：我们现在要给它一个气味──气味A──延迟──还要记住，然后气味B，不一样，那么它舔来得到水；在下一次任务里面，两个气味是一样的──气味B──延迟──还是气味B，它没有再舔，所以小鼠知道这个任务怎么回事。这边展示是我们的实际数据，我们其实也经过很长时间，大概五年左右的时间，来证明小鼠的前额叶这个脑区，它对于这个工作记忆是蛮重要的。我们用一种叫做光遗传的技术，用光来调控神经元活动这样一个方法。右边下面所示就是如果你给光的话，那么神经元的活动就会被抑制，而且时间尺度的话是秒级的，所以可以在很短的时间里面去操控神经元活动。左边就是我们的数据，可以看到如果你给光去操控神经活动，小鼠的行为和正常小鼠相比就会变差，那就证明了内侧前叶这个脑区，它对工作记忆这个行为是很重要的。接下来我想离开我们实验室，进入更广大的一个空间来来问问看──什么是记忆的机理？我们要研究一个东西时候都要看它的边界在哪里？什么时候它会失败，对不对？所以我想讲几个例子，是记忆出问题的时候，第一个例子我想说的是──不是所有发生事情都会被记住。我想请各位看一个视频，请关注“穿白色的运动员传球的次数”，现在开始播放我们的视频。多少次？有人答对了，很好。有人看到大猩猩了吗？大概有一半会看不到。有没有人看到穿黑色的运动员走掉？还有颜色变化？其实这叫做非注意性失忆──如果你没有注意，那你是不会记住的──这很正常，对吧？世界中不停的发生很多的随机事件，所以我们其实不要把所有的事情都记下来，我们的记忆只记那些对我们有重要意义的事情，对吧？所以非注意性失忆是有它的意义的。我还想说一个“记忆的极限”，不是所有时候的学习都是一样的效果。我们的语言能力，大家都认为是很自然，对不对？每个人都会说话。这个是依赖于所谓关键期的，在2到7岁的时候，我们必须要经历语言这个经验，如果这时候没有语言经验，那么结果会非常的可怕。这边图示的这个小女孩叫做Genie，她的父亲是严重的精神分裂症患者，在这个小女孩13岁之前，他都把这个小女孩捆在家里面，用铁链子捆在床上，他们生活在农村，周围几十里地都没什么人，所以直到13岁的时候，她才被别人发现、被解救出来。她的精神分裂症患者的父亲并不说话，所以在13岁之前Genie是没有语言经验。这当然是一个很悲剧的事情，但是对于科学家来说是这个很难得的机会，可以看当你在13岁之前没有语言经验的时候，会有什么样的结果？所以安排了全世界最好的教育家、语言教育家去教Genie语言，专门安排了博士生去跟踪Genie，看她的语言能力发展。在七、八年之后，这个学生博士生毕业的时候，结论是Genie能够说的最长的句子是两个词。专门有文章发表去争论她到底说的是两个词还是三个词。七、八年每天都是长期的训练，只能得到这样的结果。之后Genie因为她变得很有名、有很多书、文章去讲她，所以她在哪里是一个秘密。但是她是被收养，终生她是不能够独立生活而且是不说话的。这就是告诉我们一个问题，这关键期在我们小的时候，有一些非常重要的一些能力我们必须去学习，这是为什么我们从小的时候要学数学，如果过了这个关键期你不学这些能力的话，其实我们是有很大的问题。如果是一个成人，脑子受了损伤，记忆也会出问题。我这里想举一个在神经科学界非常重要的例子，一个叫做海马的脑区，如果海马这个脑区出现问题，那么会出现很严重的记忆障碍。它叫海马是因为这个组织长的和真正的海马很像，所以叫做海马，很漂亮的一个结构。有一个人叫做HM，他因为严重的癫痫，所以在他20多岁左右的时候，医生把他会产生癫痫的部分脑区摘除掉了，就癫痫灶拿掉了，几乎全部海马都给拿掉了，人们马上发现做完手术之后，HM这个病人他已经不再是HM，他无法形成新的记忆，在手术之前的记忆还在，没有问题，但是新的记忆无法形成了，所以后来照顾他的新进来的护士医生，每次见到他都必须向他自我介绍；即使你出了房间去喝了杯咖啡，五分钟以后再回来，他就完全忘记你是谁了。我给大家举一个例子，Howard Eichanbaum现在是美国波士顿大学的教授，他在读博士生的时候研究HM，他的任务之一就是每天早上开车去把HM从家里面接到医院去研究、做各种各样的实验。有一天早上Howard Eichanbaum吃早饭时候，喝了杯McDonald’s的咖啡，在那咖啡杯上印了McDonald’s这几个字，他开车时候把这个咖啡放到前座上面车窗那边。HM一看到这个杯子说：唉，我小时候有一个朋友，叫McDonald，然后他和我是很好的朋友，我们两个一起打棒球，打的非常好，我们也有很多很好的故事，这是一个很愉快的交谈过程。这个交谈过程结束了，HM看了窗外看了一会，回来又看到这个杯子──我小时候认识一个朋友叫McDonald的，我以前和他是一块儿打棒球，打的非常好，我们有很好的故事……一模一样的故事又讲了一遍。然后结果结束以后，他又看了会窗外，一会儿又看见了这个杯子──我小时候有一个朋友叫McDonald，我以前……同样的故事，又讲了第三遍。讲到第三遍的时候，Howard Eichanbaum就偷偷的把这个咖啡杯拿下来，放到自己座位里面，要不然他这一路上会一直讲这个故事，这是一个典型的例子告诉我们海马多么的重要。HM和他的父亲关系非常之好，他父亲在他手术一段时间之后去世。HM每次听到父亲去世的消息，都非常悲痛，每次都处在同样的巨大悲痛之中。所以，如果我们无法形成新的记忆，我们就不再是以前的自己了。因为HM以及相关的一些其他脑区损伤的病人，我们现在知道我们的记忆是分不同类型的，比如说HM他的长时间记忆有很大的问题，但是他的短时间记忆，或者我刚才说的让小鼠做或者我自己做的工作记忆没有问题。你看刚才他是可以和Howard Eichanbaum很好地进行对话，这个时候都需要用到工作记忆的。在长时程记忆里面又分成“陈述式记忆”和“非陈述式记忆”。HM的主要是陈述式记忆出问题，也就是说这种可以被陈述出来的事情，不管是事实还是一个场景──我昨天和谁一块吃饭、说什么话呀、吃什么东西……这些时间、地点、人物，这种“场景记忆”。海马是很重要的，或者是“事实记忆”，对吧？“南海是中国的。”这是一个是事实记忆。“非陈述式记忆”比如说“运动记忆”──骑自行车，这是一个运动记忆，大家都经过运动以后学会的。HM他是可以学会新的运动技能的，做的非常好、和普通人差不多，但是他拒绝承认自己学过。所以“记得自己学过”这是一个陈述式的记忆；但是“学这个动作本身”是个非陈述式的记忆。或者是一些“情感记忆”、“情绪记忆”──比如说“南海是中国的！”是吧？这就是情绪记忆。所以记忆分不同类别。那么记忆的核心原理是什么呢？因为时间关系，所以我只能讲很小的一部分──因为这里有大量的工作，其实科学家做了大量的工作来问记忆是什么原理。我们脑大概850亿到1000亿个神经元，这些神经元通过是一千个到10万个突触，来形成突触联系、来进行交流。神经元长得很漂亮，图上左边就是显示了几个神经元的样子，你看它们长得很大的、天线一样的形状，就是接受输入的地方；它们还长出很纤细的、很长的叫“轴突”的这种结构，来传输自己的这个信号，那么接受这个信号的地方就叫做“突触”。这种突触很重要，而且它可以被神经元自己的活动来调控──当突触前和突触后神经元活动按照一定的规则来运行的时候，突触活动的强度会被增强或者减弱，而且在我们学习的过程中，这种突触的活动增强或者减弱是可以被观察到的，而且如果你阻止这种活动的改变，那么会影响学习。所以人们一般认为，这个突触的改变是我们学习记忆的核心机制。刚才说的是单个的神经元之间的连接，而群体网络层面，一般认为是“吸引子网络”来解释记忆是怎么回事。所谓的吸引子，很简单──碗就是一个吸引子──如果你把一个玻璃珠放到碗的边上，一放手它会落到碗的底部，所谓吸引子的底部，那么我们的记忆在经过学习的过程中，我们的突触连接的改变，其实就形成了各种各样的吸引子。这种吸引子的好处是部分信息可以提取出完整的信息。在座更关注的可能是“学习记忆怎么被提高”对不对？我想给大家一个好的消息，学习记忆是可以提高的！怎么被提高呢？就是“记好多次”。这是一个非常严肃的结论。右边图这个人叫做Ebbinghaus，他是第一个严肃的研究记忆的心理学的一个科学家，他发现：底下x轴显示的是我在一天之前，学习一些材料，我所做的学习次数；Y轴就是在一天之后，我重新学习又要需要多长时间。可以看到如果你学的次数越多，那么第二天你就花的时间越少来学会，就说明你学习次数多，就记得好，对不对？所以勤奋是必要的。还要“睡得好”，如果记录头皮脑电的话，那么在人睡眠的时候，可以看到“慢波”，这边显示的每一个小的波动就是一个慢波，在全脑里面是很大尺度的神经元活动。德国科学家发现，如果你在人睡眠的时候，在脑子里面引发这种慢波，那么可以记得更好。他实际上让学生晚上学习外语，然后在睡觉时候去电刺激脑子，引起更多慢波，第二天早上起来问他学的词汇还记住多少？如果你做过电刺激，那么学得更多。我并不是建议大家晚上回去以后就电刺激自己脑子，因为你并不一定总要记住昨天晚上的事情，对吧？我想结语是，在一定程度上，其实在一定程度上，“我们就是我们的记忆”，更多的记忆的奥秘等待我们发现！谢谢各位！“SELF格致论道”是中国科学院全力推出、中国科普博览承办的科学讲坛，致力于精英思想的跨界传播，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院科学传播局联合主办。登陆“SELF格致论道”官方网站、关注微信公众号“SELF格致论道讲坛”、微博“SELF格致论道”获取更多信息。更多合作与SELF工作组[email 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“What did the council decide on item 42?” — answered with the speaker and the moment.

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