給大腦裝光控開(kāi)關(guān)，尋找丟失的記憶

任少磊

2015年5月29日，麻省理工學(xué)院Tonegawa研究小組發(fā)表文章稱：那些因遺忘而丟失的記憶，可以通過(guò)光刺激腦細(xì)胞而喚起。研究結(jié)果對(duì)神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域中的記憶缺失問(wèn)題也有了新的解釋。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，研究人員已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)將小白鼠的恐懼記憶轉(zhuǎn)化為快樂(lè)的記憶，用的工具就是激光。

如果將來(lái)此項(xiàng)“光遺傳學(xué)應(yīng)用于喚起記憶”技術(shù)普及應(yīng)用，對(duì)苦惱于記憶遺忘的學(xué)生來(lái)說(shuō)，真是“喜大普奔”的事情，“爸爸媽媽再也不用擔(dān)心我的學(xué)習(xí)啦！”

一起來(lái)認(rèn)識(shí)光遺傳學(xué)

這已經(jīng)不是光遺傳學(xué)第一次出現(xiàn)在人們的視野中了，2010年著名的方法學(xué)期刊《Nature？ Methods》評(píng)選出的年度技術(shù)就是光遺傳學(xué)技術(shù)，這項(xiàng)對(duì)生物學(xué)研究有深遠(yuǎn)影響的技術(shù)給神經(jīng)學(xué)帶來(lái)了一場(chǎng)革命。

什么是光遺傳學(xué)？光遺傳學(xué)是一項(xiàng)結(jié)合遺傳工程與光，來(lái)實(shí)現(xiàn)操作某些特定神經(jīng)細(xì)胞活性的方法。光遺傳學(xué)，即是研究人員使用某一種新的光控方法選擇并操作某種生物的一類細(xì)胞。

目前，已經(jīng)有多項(xiàng)利用光影響大腦的研究實(shí)驗(yàn)取得了成功。麻省理工學(xué)院的科研人員已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)大腦中的舊記憶進(jìn)行編輯的過(guò)程，知道了如何在大腦中植入虛假或新的記憶。另外，也已經(jīng)有實(shí)驗(yàn)室成功將小白鼠的恐懼記憶轉(zhuǎn)化為快樂(lè)的記憶。

丟失的記憶真的丟失了嗎？

記憶的科學(xué)釋義是：人腦對(duì)經(jīng)歷過(guò)事物的識(shí)記、保持、再現(xiàn)或者再認(rèn)。它是進(jìn)行思維、想象等高級(jí)心理活動(dòng)的基礎(chǔ)。人類記憶同大腦中的海馬體以及大腦內(nèi)部的化學(xué)成分的變化相關(guān)。舉例來(lái)說(shuō)，我們學(xué)習(xí)知識(shí)，然后記住知識(shí)，碰到問(wèn)題回想起知識(shí)的三個(gè)過(guò)程，就叫“記憶”。

遺忘是指識(shí)記過(guò)的材料不能回憶和再認(rèn)，或者回憶和再認(rèn)有錯(cuò)誤的現(xiàn)象。遺忘屬于正常現(xiàn)象，存在于每個(gè)人身上，存在于每個(gè)人一生當(dāng)中。

人類為了提高記憶力也是拼了。幾乎每個(gè)人都體會(huì)過(guò)記憶知識(shí)的痛苦。大部分中學(xué)學(xué)校都安排了早讀課，就是為了讓學(xué)生記憶學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)，如公式、文章、單詞等。我們還聽(tīng)說(shuō)過(guò)很多提高記憶力的技巧，如空間圖形記憶法、概念記憶、邏輯記憶、運(yùn)動(dòng)記憶等。有報(bào)道稱，很多世界記憶大賽的選手能在45分鐘內(nèi)記憶2？000張以上的撲克牌，就是采用的空間記憶法，把記憶形象化，但是這也有缺陷，這只是短暫記憶，不是長(zhǎng)久記憶。

關(guān)于遺忘的原因，目前有很多種說(shuō)法，比如“痕跡衰退說(shuō)”“干擾說(shuō)”“壓抑說(shuō)”“同化說(shuō)”等。這些說(shuō)法多是關(guān)注記憶的存儲(chǔ)方面，如存儲(chǔ)中的擦出、減弱、擾亂、壓抑或者同化等問(wèn)題。

麻省理工學(xué)院的科學(xué)家卻給出了不同的解釋，他們認(rèn)為遺忘是因?yàn)橛洃浫』剡^(guò)程受損。獲取記憶的過(guò)程就是大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中某些神經(jīng)元被激活，形成物理結(jié)構(gòu)或者產(chǎn)生化學(xué)成分變化的過(guò)程。如果這些神經(jīng)元能被特殊的光照或者氣味激活，同時(shí)能喚醒記憶，這些神經(jīng)元就稱為“記憶印記細(xì)胞”。

也就是說(shuō)，我們的記憶遺忘了，但是它們并沒(méi)有丟失，只要通過(guò)光遺傳學(xué)技術(shù)激活我們的記憶印記細(xì)胞，我們的記憶就能被喚起。這就好比電影存儲(chǔ)在U盤里，我們不能直接用眼睛看到，但是電影還存儲(chǔ)在U盤里，通過(guò)電腦讀取U盤，就能直接看到我們的電影了。

光來(lái)幫我們找回“丟失”的記憶

麻省理工學(xué)院Tonegawa實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)現(xiàn)，記憶并不存在于腦細(xì)胞的突觸中，而是存儲(chǔ)于許多記憶細(xì)胞和它們之間的回路當(dāng)中。比方說(shuō)，一些學(xué)生手牽手連接起來(lái)，組合成一個(gè)圖案，少一個(gè)人，或者手松開(kāi)，圖案就不完整了。這也就是記住知識(shí)很困難，而忘記卻很簡(jiǎn)單的原因。

知道了記憶遺忘的原理，我們?cè)撛趺凑一卮竽X中的記憶呢？這和以往提高記憶力的方法不同。過(guò)去的記憶方法僅限于提高記憶速度和記憶時(shí)間長(zhǎng)度。記憶遺忘后，我們?nèi)匀皇譄o(wú)策，只能重新復(fù)習(xí)。科學(xué)家已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室找到了具體的找回記憶的方法，即利用光遺傳學(xué)技術(shù)，喚起我們想要的記憶。

這首先要找到對(duì)應(yīng)的記憶腦細(xì)胞。在大腦中找到一段記憶并不簡(jiǎn)單，好比大海撈針，麻省理工學(xué)院的神經(jīng)學(xué)家史蒂夫？拉米雷斯用一種巧妙的方法讓大腦自己把這個(gè)告訴了我們。這是怎么回事呢？只需讓大腦生成一段記憶，聚焦于海馬體，就會(huì)看到某些細(xì)胞處于活躍狀態(tài)，這就會(huì)留下“印記“，就可以確定對(duì)應(yīng)的記憶印記細(xì)胞。

找到細(xì)胞后，將開(kāi)關(guān)植入對(duì)應(yīng)腦細(xì)胞。每個(gè)細(xì)胞都帶有一些傳感器，細(xì)胞工作時(shí)，傳感器就會(huì)開(kāi)啟，就像一個(gè)小燈泡，告訴我們那個(gè)細(xì)胞工作了。植入的方法是取小部分傳感器連接到控制開(kāi)關(guān)上，通過(guò)人造病毒把開(kāi)關(guān)安裝到大腦中對(duì)應(yīng)細(xì)胞上。

再通過(guò)光遺傳學(xué)技術(shù)，找到“光開(kāi)關(guān)“來(lái)開(kāi)啟或關(guān)閉腦細(xì)胞。研究人員找到某種光敏感通道作為開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)被植入腦細(xì)胞后，就會(huì)使腦細(xì)胞具有光敏特性，即細(xì)胞對(duì)光脈沖變得敏感。我們用特定的光擊開(kāi)關(guān)，就可以激活或者抑制腦細(xì)胞的活動(dòng)，從而間接控制記憶的喚起與遺忘。

總的來(lái)說(shuō)，我們手里有了光作為工具，就可以編輯大腦的記憶了。我們可以激活想要的記憶，抹去不想要的記憶。這種虛幻世界里的魔法師才會(huì)有的法術(shù)，已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)。

我們的生活要變了

史蒂夫？拉米雷斯通過(guò)研究老鼠來(lái)了解記憶的運(yùn)作機(jī)制。他在一次TED的公開(kāi)演講中表示：“今天可以證明，現(xiàn)實(shí)中我們可以在大腦中快速激活一段記憶，只需兩個(gè)簡(jiǎn)單步驟，就可以完成這個(gè)過(guò)程。首先在大腦中找到并且標(biāo)記某一段記憶細(xì)胞，然后打開(kāi)開(kāi)關(guān)激活它。就是這么簡(jiǎn)單。”同時(shí)，他也預(yù)言：“我們可以重新激活那些我們想要激活的記憶，且同時(shí)抹去那些我們不想要的記憶，改編記憶將成為現(xiàn)實(shí)。”

現(xiàn)在，光遺傳學(xué)方法還沒(méi)有應(yīng)用于人類身上。將來(lái)，如果該技術(shù)成功運(yùn)用于人類自身，它將會(huì)深刻改變我們的生活和學(xué)習(xí)。也許你忘記了英語(yǔ)單詞或數(shù)學(xué)公式，但不需要再次去背誦，只需要一個(gè)開(kāi)關(guān)，“啪”，打開(kāi)后，你就能立馬回憶起來(lái)。

現(xiàn)在，光遺傳學(xué)技術(shù)研究已經(jīng)取得了很大的成果，也正在飛速發(fā)展，相信將來(lái)會(huì)有更大的發(fā)展前景和更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。