过去与未来有何联系 记忆是想象之母？

过去与未来有何联系 记忆是想象之母？

　　

　■编者按

 

　　2007年12月20日，美国科学促进协会宣布，其属下的美国《科学》杂志公布了2007年度科学研究十大突破，人类基因组个体间差异的发现位居榜首，用人类皮肤细胞仿制出胚胎干细胞、发现银河系能量最大的宇宙射线、发现人体蛋白受体结构、发现人类大脑的重要记忆中心等都被列入其中。

 

　　《共享科学》栏目将从中选取普通百姓比较关心的研究成果给予深度解读，敬请关注。

 

　　记忆是对过去事情的回顾，想象是对未来事情的构想，两者看似毫不相关，然而近年来，科学家们却不断探寻着两者之间的联系，并取得了重要进展。

 

　　2007年，科学家们通过几项研究发现，记忆与想象有着共同的神经机制。因此，记忆有可能是想象力之母，记忆受损会导致想象力受损。这些研究被《科学》杂志评为2007年度十大突破之一。

 

　　科学家究竟用什么样的实验探索到记忆与想象能力的关系？为什么记忆受到伤害就会“牵连”到想象能力？这些研究对人类的深远影响又是什么？记者请到复旦大学神经生物学研究所常务副所长李葆明教授帮助读者解答上述疑问。

 

　　研究回顾

 

　　“海马”是记忆的“生产车间”

 

　　大脑内部有个部位叫“海马”，因其形状与深海中遨游的海马相像而得名。它是大脑关键的记忆中枢，是记忆的“生产车间”。人们每天的所见所闻都会先在海马上“停留”和加工，并暂时储存在海马上。之后，大脑会自动地将这些记忆转移到大脑皮层的其他部位，以便使海马腾出地方继续“制造”新的记忆。所以，如果海马受到损伤，新的记忆就难以形成，人就会患上遗忘症。

 

　　海马受损会影响想象

 

　　《科学》杂志评出的这项突破主要来自三项关于“记忆与想象”的研究。去年1月份的一项研究，选择了5位海马受损的遗忘症患者，让他们与正常人一起想象在沙滩漫步或者休闲购物的情景，结果发现正常人能够非常清晰生动地描述出大大小小的细节，而遗忘症患者只能说出支离破碎、不甚相关的细节。“这就提示我们，海马受损也会导致想象力受损。”李葆明说。

 

　　第二项是对正常年轻受试者做的大脑功能成像研究。科学家让他们先回忆一些过去的事情，再想象一下未来会发生的事情，他们采用磁共振的监测手段看到，受试者在回忆和想象时，大脑相同的区域在活动，包括海马也在活动。这个实验说明，记忆和想象发生在大脑的相同区域。

 

　　第三项研究是在大鼠上完成的。科学家让大鼠在它熟悉的迷宫中行走，从起点走到终点获得食物，同时记录海马神经细胞元的活动。他们发现，大鼠海马编码特殊位点的神经细胞会按先后顺序活动，就好像在用过去走迷宫的经验权衡下一步该走哪条路径。

 

　　重大意义有助于了解想象的神经机制

 

　　“根据这些发现，研究人员推测大脑记忆系统把对过去的记忆拼接在一起，以此来构建未来。通俗地说，就是通过学习获得的对过去的记忆会帮助人们想象未来。”李葆明说。

 

　　想象能力不是独立存在的，要有基础。“没有材料、水泥、图纸等素材，怎么能够把房子盖起来？没有生活经验的积累，怎么能创作出优秀的小说？想象能力也是如此，需要有对过去的记忆。”古人云，“熟读唐诗三百首，不会写诗也会吟”，大概也是说明这个道理。

 

　　科学家对记忆形成机制已经有了很多研究，对于想象形成机制的研究才刚刚开始。“在基础理论层面上，以前科学家对想象的神经机制了解的还不清楚，不知道想象发生在大脑的哪个位置，去年的这些研究有助于我们了解这些情况。”李葆明说。

 

　　“不过，尽管有了这些研究和推测，距离完全证实还有很长的路要走。如果未来的研究能够提供进一步的实验证据，那么记忆就真的可能是想象的源泉。”

 

　　现实应用利用药物影响记忆

 

　　从潜在的应用层面看，了解了大脑想象的神经机理，未来就有可能应用某些操纵方法，使正常人的想象能力更丰富。还可以研制出适当的药物，帮助大脑受损病人进行治疗。

 

　　不过李葆明说，任何药物都有副效应，即便研究清楚了记忆或想象的神经机理，由于同样一套机理也可能同时为其他功能服务，改善一种能力的同时有可能伤害其它功能。比如，在实验室可以用某种药物消除大鼠的恐惧记忆，但大鼠也可能因此没有了痛觉。

 

　　“有关记忆或想象的基础研究，一方面是为了理解大脑的奥妙，同时更在于为疾病治疗提供重要的启示，不过离临床实际应用还有很长的路要走。”对药物治疗的前景，他的回答更加慎重。

 

　　专家连线

 

　　记者：对记忆的研究还包括哪些方面？

 

　　李葆明（复旦大学神经生物学研究所常务副所长、教授）：从神经生物学的角度看，主要包括记忆的获得、巩固、遗忘、读取和再巩固。记忆是怎么获得和巩固的，它的物质基础是什么，神经通路发生了什么变化，什么途径在表达和编码记忆等等，都属于当前记忆研究的热点问题。

 

　　大脑会自动清除一些记忆，保持自身最有效地工作。每天人们接触大量的信息，并不是都被人记住了，究竟记忆的消退是怎么发生的？这属于记忆遗忘研究。有时，有些事人们会突然想不起来，这就涉及到记忆的读取研究。所以说人的记忆不好，可能是获得能力不好，也可能是读取有麻烦。

 

　　此外，记忆再巩固的研究也非常重要。患有重大创伤后应激综合症（如遭遇性侵犯、战争等创伤）的人，他们的脑海中会不断重复再现那些可怕的场景，恶梦般记忆的不断浮现会再次加强对于恐惧经历的记忆，这就是记忆的再巩固。虽然可以用心理治疗进行干预，但程度有限。如果对记忆再巩固的神经机理有了深入的理解，未来就有可能开发药物去治疗这些病。

 

　　记者：上述的三个研究，两个是用人做的试验，一个是用大鼠做的试验，为什么对记忆或想象的研究可以用动物来进行呢？

 

　　李葆明：生物是进化而来的，在进化过程中有些机理是很保守的，虽然不同生物的大脑结构不一样，但并没有关系。除了用大鼠外，还可以用其他动物进行试验，比如果蝇。果蝇、大鼠和人的记忆机理都很相似，细胞内过程、生物反应过程也很相似。采用果蝇等动物进行实验，是因为它们的大脑结构相对简单，研究起来更加方便，研究结论可以用到更复杂的人的身上。

 

　　记者：为什么有的事情容易被记住，有的事情怎么努力都记不住呢？

 

　　李葆明：虽然每天人们接触到的信息很多，但是很多大量信息对人的生活、生存和工作都不重要，大脑的神经调制系统（例如多巴胺系统、肾上腺素系统、糖皮质激素系统）就有选择地忽视了这些事情。人们对情感性的事情记得较快，那些特别开心、痛苦、恐惧等事情会立即激活大脑神经调制系统，使这些经历“过目不忘”。我们常说，“没有疼痛，就没有记忆”，就是这个道理。

 

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　　破译记忆的密码

 

　　通过对小鼠的研究，科学家日趋接近大脑形成记忆的规则。对记忆密码的破译，使得科学家可以利用同样的原理，开发出拥有学习记忆能力、能与人类直接对话的智能电脑及机器人，甚至可以将我们的记忆与想法转化为二进制代码，储存在电脑上，让我们的思维通过网络去遨游远方。

 

　　几十年来，神经科学家一直在研究大脑，希望揭开记忆形成的秘密。近几年，在一系列构思巧妙的实验中，科学家利用能同时记录200多个神经元活动的先进技术，结合高效的数学分析工具，发现了大脑从经历中提取重要信息的方式，以及将信息转变为记忆的基本机理。最新结果都显示：单个神经元间简单的线性信号传递，不足以产生知觉与记忆，相反，这一过程需要大量神经元的参与。

 

　　研究还表明，编码记忆的神经元网络同时还发挥着提取抽象概念的作用，使我们能把日常体验转化为知识与观念。这些研究结果让生物学家更了解大脑将神经脉冲转变为知觉、记忆、知识乃至行为的一系列规则，距离破译神经密码这个目标又近了一步。对这些规则的认识有助于研究人员开发更为顺畅的大脑―机器转换界面，设计新一代智能电脑和机器人。甚至，还可以编写一本有关大脑活动的密码天书，通过监测大脑的活动，来解读人们的记忆和思想。