大腦在學(xué)習(xí)過(guò)程中如何形成記憶,？記憶如何才能刻骨銘心？今天上午,，華東師范大學(xué)公布重大科研成果,，對(duì)此作出了解答——林龍年博士和美國(guó)波士頓大學(xué)錢(qián)卓教授（現(xiàn)任華師大長(zhǎng)江講座教授、腦功能基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任）在世界上首次發(fā)現(xiàn)了大腦記憶的編碼單元與大腦密碼的解讀方法,。數(shù)字化的編碼形式使科學(xué)家們能對(duì)不同個(gè)體乃至不同種群動(dòng)物的大腦活動(dòng)進(jìn)行直接比較和分析,。
這一重要研究成果發(fā)表于最新一期的《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》上。國(guó)際神經(jīng)科學(xué)權(quán)威,、美國(guó)科學(xué)院院士湯姆·休得豪夫評(píng)價(jià)此發(fā)現(xiàn)“將會(huì)對(duì)神經(jīng)科學(xué)產(chǎn)生深刻影響,，在此領(lǐng)域邁進(jìn)了一大步”。
“大腦記憶密碼”終于被解開(kāi),，今天上午,，在此項(xiàng)研究的所在地——華東師范大學(xué)腦功能基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，研究的主持者之一林龍年博士為記者詳細(xì)介紹了破譯“密碼”的全過(guò)程,。
觀察腦活動(dòng)有了直觀“平臺(tái)”
林龍年博士說(shuō),，人類(lèi)大腦是一個(gè)由約140億個(gè)神經(jīng)元組成的繁復(fù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。但過(guò)去我們只能間接地通過(guò)對(duì)人的行為的測(cè)試來(lái)觀測(cè)腦記憶的形成,，即使像我們大家熟知的腦電圖,、核磁共振等檢測(cè)儀器，也只能觀察到大腦活動(dòng)的一個(gè)“籠統(tǒng)”情況,。如今他們的這項(xiàng)發(fā)現(xiàn),，就如同為人們觀察大腦活動(dòng)搭建了一個(gè)直觀的“平臺(tái)”,，即通過(guò)檢測(cè)大腦編碼單元的活動(dòng)狀態(tài)直接解讀大腦在學(xué)習(xí)過(guò)程中記憶的形成。
96根微電極插入小鼠“海馬”
林龍年問(wèn)記者,，你知道“海馬”嗎,？這是一個(gè)與記憶密切相關(guān)的大腦結(jié)構(gòu)，因其形似海馬而得名,；它負(fù)責(zé)將人們新的經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)期的記憶,。海馬受損的病人會(huì)日復(fù)一日津津有味地閱讀同一張報(bào)紙，還總覺(jué)得自己是在看新聞（這一研究的另一位主持者錢(qián)卓,，于1999年率研究小組,，正是通過(guò)調(diào)節(jié)小鼠的海馬和前腦中的NR2B基因，在普林斯頓大學(xué)制造了著名的“聰明鼠”,，揭示了學(xué)習(xí)與記憶過(guò)程中的重要分子機(jī)制）,。那么，記憶在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層次上又是如何編碼的呢,？換句話(huà)說(shuō),，記憶在大腦中的物理形式是怎樣的呢？為了獲得這個(gè)對(duì)揭示大腦工作原理至關(guān)重要的答案,，林龍年與錢(qián)卓一起,，花了整整兩年，運(yùn)用最新的高密度多通道在體記錄技術(shù),，以小鼠為對(duì)象進(jìn)行了一系列的研究,。
小鼠海馬腦區(qū)只有半粒米大小，為了盡可能多地觀測(cè)到單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)情況,，研究小組研制了世界上最輕巧的精細(xì)微電極推進(jìn)器,，把96根比頭發(fā)還細(xì)得多的微電極插入小鼠的海馬區(qū)域，成功地記錄到了多達(dá)幾百個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)情況——傳統(tǒng)的方法在小鼠上只能記錄到幾個(gè)至二十幾個(gè)神經(jīng)元,。“這一步非常重要,，”林龍年博士介紹說(shuō)，“假如只能觀察到幾個(gè)神經(jīng)元,，就談不上對(duì)神經(jīng)元群體的編碼進(jìn)行分析了,。”
接上世界上最輕巧（10克）的96通道微電極驅(qū)動(dòng)裝置的小鼠臥在研究人員手上。
記憶如何“刻骨銘心”
接下來(lái),，研究人員設(shè)計(jì)了幾種新穎的行為模式來(lái)研究小鼠的神經(jīng)編碼,，一種是在特定環(huán)境中給小鼠背部突然吹上一陣?yán)滹L(fēng)，就像武俠小說(shuō)中描寫(xiě)的在月黑風(fēng)高之夜,，一陣突如其來(lái)的嗖嗖陰風(fēng)會(huì)使人頓感毛骨悚然一樣,，小鼠對(duì)這樣的刺激會(huì)感到驚恐。另一種有趣的模式是，把小鼠放在特制的小電梯中做自由落體下降,，如同人們?cè)诔俗碾娞萃蝗皇Э貕嬄涞倪^(guò)程中所獲得的記憶會(huì)刻骨銘心一樣,，小鼠對(duì)這種極其刺激的經(jīng)驗(yàn)也會(huì)印象深刻。“由于這些經(jīng)歷能夠產(chǎn)生令人難忘的記憶,，我們猜想大腦中會(huì)有許多神經(jīng)元參與這些記憶的編碼,，因此我們希望通過(guò)巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與新記錄技術(shù)的結(jié)合，來(lái)探索和破譯大腦編碼的奧秘,。”
其后的實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn),，小鼠的海馬區(qū)對(duì)這種驚嚇刺激果然有著各種各樣的放電反應(yīng)，根據(jù)它們的反應(yīng)特征,，研究人員發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)元組成了記憶編碼的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元。更有意義的是,，這些編碼單元通過(guò)它們的激活狀態(tài)可以把任何一種驚嚇經(jīng)歷轉(zhuǎn)化成一串二進(jìn)制數(shù)字,，這種數(shù)字化的編碼形式使得科學(xué)家們能夠?qū)Σ煌膫€(gè)體乃至不同種群動(dòng)物的大腦編碼活動(dòng)進(jìn)行直接的比較和分析。在觀察到了這一有趣的編碼方式后,，錢(qián)卓教授曾感慨地說(shuō)：“大腦記憶系統(tǒng)這種精美的操作設(shè)計(jì)真令人嘆服,！
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“海馬”編碼方式人鼠一致
人腦和鼠腦乃至世界上大多數(shù)哺乳動(dòng)物大腦的“海馬”，雖然神經(jīng)元數(shù)量不同,，但所用的編碼方式都是一樣的,。由此，科學(xué)家們推測(cè),，人的大腦很有可能利用同樣的原理來(lái)完成記憶之外的其他高級(jí)認(rèn)知功能,，如情緒、思維,、意識(shí)等,。
林龍年41歲，華東師大“腦功能基因組學(xué)研究所”副教授,。華東師范大學(xué)生物學(xué)系博士畢業(yè),，在美國(guó)普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)系錢(qián)卓實(shí)驗(yàn)室完成博士后工作。2004年1月回國(guó),，主持教育部,、上海市腦功能基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室神經(jīng)編碼網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺(tái)建設(shè)，擔(dān)任“大腦編碼分析實(shí)驗(yàn)室”學(xué)科帶頭人,。他的主要研究方向是：學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)編碼機(jī)制,。主要運(yùn)用在體記錄技術(shù)，從神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)水平研究大腦學(xué)習(xí)記憶過(guò)程中的群體神經(jīng)元編碼規(guī)律,。
錢(qián)卓43歲,，美國(guó)波士頓大學(xué)華裔教授，現(xiàn)任華東師范大學(xué)腦功能基因組學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，教育部長(zhǎng)江講座教授,。他于1999年首創(chuàng)單個(gè)基因植入技術(shù),，通過(guò)把復(fù)制的老鼠NR2B基因植入老鼠胚胎，提高其學(xué)習(xí)與記憶能力,，成功培育出首批“聰明鼠”,，由此證明了NR2B基因是控制大腦學(xué)習(xí)和記憶的“開(kāi)關(guān)”。這一成果被評(píng)為當(dāng)年世界十大科技成就,。
