久久久久久久999_99精品久久精品一区二区爱城_成人欧美一区二区三区在线播放_国产精品日本一区二区不卡视频_国产午夜视频_欧美精品在线观看免费

標題: 大腦的記憶力原理 [打印本頁]

作者: 51黑tt 時間: 2016-3-6 02:37
標題: 大腦的記憶力原理
我們說閱讀是對知識“記”的存儲過程，而對知識的再現(xiàn)和運用往往是“憶”的提取體現(xiàn)。記憶的關(guān)鍵不在于儲存，而在于提取、檢索。我們掌握快速記憶法的關(guān)鍵就是人們當需要知識的時候，能有效地把記下的內(nèi)容，大量地、準確地“憶”出來。這就要求我們不僅能把記的內(nèi)容牢固地記（儲存）在腦海里，而且能在適當?shù)臅r候快速地把這些內(nèi)容憶“提取”出來。其實，這種能力開發(fā)的巨大潛力我們每個人都具備，只不過人自身還沒有自覺地認識和發(fā)現(xiàn)它，去科學(xué)的訓(xùn)練和系統(tǒng)地掌握它罷了。

人類的大腦由大腦縱裂分成左、右兩個大腦半球，兩半球經(jīng)胼胝體，即連接兩半球的橫向神經(jīng)纖維相連。大腦的奇妙之處在于兩半球分工不同。美國斯佩里教授通過割裂腦實驗，證實了大腦不對稱性的“左右腦分工理論”，并因此榮獲1981年度的諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎。

按照這一理論，人的左腦支配右半身的神經(jīng)和器官，是理解語言的中樞，主要完成語言、分析、邏輯、代數(shù)的思考、認識和行為。也就是說，左腦進行的是有條不紊的條理化思維，即邏輯思維。與此不同，右腦支配左半身的神經(jīng)和器官，是一個沒有語言中樞的啞腦。但右腦具有接受音樂的中樞，負責可視的、綜合的、幾何的、繪畫的思考行為。觀賞繪畫、欣賞音樂、憑直覺觀察事物、縱覽全局這都是右腦的功能。

研究還發(fā)現(xiàn)，人腦所儲存的信息絕大部分在右腦中，并在右腦中正確的加以記憶。右腦如同一個書架，架上分類擺放不同的書籍，每本書有自己的書名，書中再分章劃節(jié)層層記述，右腦信息儲存量是左腦的一百萬倍。思考的過程是左腦一邊觀察提取右腦所描繪的圖象，一邊將其符號化、語言化。換言之，右腦儲存的形象的信息經(jīng)左腦進行邏輯處理，變成語言的、數(shù)字的信息。

愛因斯坦曾這樣描述他的思考問題時的情景：“我思考問題時，不是用語言進行思考，而是用活動的跳躍的形象進行思考，當這種思考完成以后，我要花很大力氣把他們轉(zhuǎn)化成語言。”顯然，正是左右腦協(xié)同工作，使人類具有感知力、創(chuàng)造力。

特別值得提出的是人對自身右腦潛力的開發(fā)與運用尚處于低級階段。科學(xué)家們已經(jīng)證明：右腦具備的圖形、空間、繪畫、形象的認識能力，即形象思維的能力，使它處于大腦感知世界的前沿。創(chuàng)造性思維中的“知覺”和“一閃念”是極其重要的，這一個“火花”往往孕育一個新理論、新學(xué)說，有的甚至催毀了原有的思想體系。此時，右腦具有的直觀的、綜合的、形象的思維機能發(fā)揮巨大的作用。一句話，創(chuàng)新必須充分調(diào)用右腦。

我們強調(diào)開發(fā)右腦的重要性，并不是要用右腦思維取代左腦思維，事實上右腦思維也不可能取代左腦思維。右腦儲存的大量信息、它的知覺都必須經(jīng)左腦語言的描述和邏輯的加工才具有最終的價值。然而右腦畢竟是我們使用的“弱項”，注重開發(fā)右腦潛能，也許更能“少投入、多產(chǎn)出”。正確使用右腦，人生才能更加充實美好。盡管人人都得使用左腦，因為左腦掌管語言功能。但以左腦為中心的生活方式卻是單色調(diào)的，因為左腦是以利害得失計算和愉悅感情統(tǒng)治的世界，用非常狹隘的視野觀察人生和社會，人們難免迷失于紛紛擾擾的現(xiàn)實社會。右腦是基于人類許許多多年遺傳信息考慮問題，因而更豁達，視角更寬廣。學(xué)會用右腦思考，您會發(fā)現(xiàn)，原來生活可以更美好，學(xué)習可以更輕松，您的潛在能力更巨大。

　在美國，榮獲1981年度醫(yī)學(xué)、生物學(xué)獎的斯佩里博士做過一個有名的實驗。斯佩里博士切斷患者的位于左右腦連接部的腦梁，然后擋住其左視野，在其右視野放上畫或圖形給患者看，患者可以使用語言說明圖形或畫上的東西是什么。可是，如果在左視野顯示數(shù)字、文字、實物，哪怕是讀法很簡單，他也不能用語言說出它們的名稱。

　　通過實驗，人的兩腦分工情景越來越清楚了。如前所述，左腦有理解語言的語言中樞，而右腦有與之對應(yīng)的接受音樂的音樂中樞。這一點，從左、右腦的外形差別便一目了然。其次，語言中樞的左腦與人的意識相連。如果打擊左腦，人的意識會立即變得模糊。

　　右腦支配左手、左腳、左耳等人體的左半身神經(jīng)和感覺，而左腦支配右半身的神經(jīng)和感覺，右視野同左腦，左視野同右腦相連。因為語言中樞在左腦，所以左腦主要完成語言的、邏輯的、分析的、代數(shù)的思考認識和行為。而右腦則主要負責直觀的、綜合的、幾何的、繪圖的思考認識和行為。

中央電視臺曾播放過一次現(xiàn)場表演：一位青年書畫家，他用左手作畫，右手寫書法，龍飛鳳舞、左右開弓。畫圖是非線性的直觀行為，所以是右腦發(fā)揮作用，指揮左手完成；而右手寫書法(詩詞)，需要完成記憶性的語言和思維，所以是左腦指揮右手完成。這個例子生動地說明了左、右腦的分工情況。所以日本著名右腦專家春山茂雄形象科學(xué)地把左腦稱為包含感情的“自身腦”，把右腦稱為繼承祖先遺傳因子的“祖先腦”。

作者: 51黑tt 時間: 2016-3-6 02:38
大腦是由以下幾個區(qū)域構(gòu)成的：灰質(zhì)、白質(zhì)、大腦皮層。灰質(zhì)和白質(zhì)是大腦內(nèi)處理特殊神經(jīng)沖動的介質(zhì)，這里不加解釋；大腦皮層由成千上萬個神經(jīng)元通過復(fù)雜的相互連接形成（神經(jīng)元的組成，高中應(yīng)該學(xué)過吧），大腦皮層是人類大腦處理各種信息、指令的主要區(qū)域。按功能區(qū)域分，大腦皮層又分為很多部分，如視覺處理中樞、語言處理中樞、聽覺處理中樞、觸覺處理中樞等等，在這其中，負責記憶活動的區(qū)域被人們稱作“海馬區(qū)”。
海馬區(qū)是幫助人類處理長期學(xué)習與記憶聲光、味覺等事件的大腦區(qū)域，發(fā)揮所謂的“敘述性記憶”功能。在醫(yī)學(xué)上，“海馬區(qū)”是大腦皮質(zhì)的一個內(nèi)褶區(qū)，在“側(cè)腦室”底部繞“脈絡(luò)膜裂”形成一弓形隆起，它由兩個扇形部分所組成，有時將兩者合稱海馬結(jié)構(gòu)。
在這個區(qū)域內(nèi)，記憶的運作機制主要是：區(qū)域內(nèi)的神經(jīng)細胞突觸主要負責存儲記憶，海馬區(qū)在記憶的過程中，充當轉(zhuǎn)換站的功能。當大腦皮質(zhì)中的神經(jīng)元接收到各種感官或知覺訊息時，它們會把訊息傳遞給海馬區(qū)。假如海馬區(qū)有所反應(yīng)，神經(jīng)元就會開始形成持久的網(wǎng)絡(luò)，但如果沒有通過這種認可的模式，那么腦部接收到的經(jīng)驗就自動消逝無蹤。一旦大腦受到刺激，收到調(diào)取長期記憶的指令（就如蘋果的定義），海馬區(qū)就會自動篩選該信息指令，存儲該信息指令的區(qū)域就會被連同，進而以神經(jīng)沖動的形式傳導(dǎo)，最后以人的各種活動形式表現(xiàn)出來

我們的大腦模式或思維結(jié)構(gòu)是按一定的有序程度組織的。這種有序性就是我們思想中的規(guī)則。我們的大腦是靠這些規(guī)則(因果關(guān)系)理解和解釋事物的。如果事物結(jié)構(gòu)的有序性與我們大腦的思維結(jié)構(gòu)不兼容，我們就無法理解或暫時不能理解它們，因為我們對事物的認識是來自感官的。由此推斷人工思想機器的思維結(jié)構(gòu)必須與我們大腦的組織結(jié)構(gòu)在模式上兼容。
當我們緊張不安時，我們就會意識到我們的大腦沒有處于良好的有序狀態(tài)。我們的行為正是我們的大腦為自己工作的結(jié)果，即大腦正在調(diào)整自己的組織結(jié)構(gòu)或變得更加有序，最終是通過行為顯現(xiàn)的。計算機或控制系統(tǒng)都有硬件和軟件，就像光具有波粒二重性。軟件就像頭腦，它控制“身體”的行為，但是它的功能并不一定是有智慧的。軟件是系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)。與電腦運行軟件不同，思維不僅是在運行軟件而且是在進行自身結(jié)構(gòu)重組，使其更加有序。
在人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，大腦產(chǎn)生意識。意識是大腦記憶某些自身活動的結(jié)果。意識內(nèi)容總是盡可能轉(zhuǎn)向無意識，即從模糊到有序。意識通過注意和集中只是處理問題的模糊部分，而無意識則是過濾信息和支配多任務(wù)，準確地對平常來自環(huán)境和身體內(nèi)部的信號或刺激作出反應(yīng)。大腦可以回憶無意識區(qū)的記憶，但是處理記憶則是在意識區(qū)進行思維。電腦程序完全是“無意識”的或者說是完全有序的。無意識永遠不會接受來自意識的模糊內(nèi)容。我們能夠感受兩種現(xiàn)象，自然(非生命)和生活。一般講我們可以預(yù)期自然現(xiàn)象和發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，但是我們不能找出普遍的動物生活現(xiàn)象的規(guī)律，也不能精確預(yù)測動物的行為。生命(動物)具有意志。
查看人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)演示
世界上所有生命包括植物在最初階段都只有無意識。無意識的作用一是完全有序的，支配生命自身的行為，對外界和內(nèi)部刺激作出準確的反應(yīng)以適應(yīng)環(huán)境和為了生存；二是完全無序的，由自然來選擇。無意識不能處理模糊問題。當生命進化到一定程度，它們開始以簡單的記憶方式記錄刺激與反應(yīng)的關(guān)系并形成經(jīng)驗，這樣就產(chǎn)生了意識。生命初期的意識沒有自覺性。當生命能夠以信息的方式記憶它正在做什么，它就有了自我意識。意識是主體對模糊信息刺激反應(yīng)過程的記憶結(jié)果，可以說大腦也是這種記憶的產(chǎn)物。如果我們接受這個觀點，意識就簡單地成為記憶問題了。由于無意識，記憶并不記錄所有的大腦活動。要是電腦能夠伴隨自發(fā)地記錄自己的工作過程，就能夠有自我意識。
討論意識而不涉及無意識是不恰當?shù)模驗闊o意識是意識的深厚基礎(chǔ)。我們的記憶都在無意識之中。無意識的作用是過濾輸入的信息、組織關(guān)聯(lián)記憶或經(jīng)驗以及完成多任務(wù)等。而潛意識是心理學(xué)詞匯，通常用來解釋人的思維和行為的驅(qū)動。無意識并不是大腦空空，只要沒有腦死亡它就會永遠不停地工作。人腦的智能活動是意識和無意識的混合工作。沒有無意識就沒有智能。
討論大腦思維可分為不同層次，即從最表面的行為表象和情感到基本粒子的狀態(tài)、運動和相互作用。不論我們所指的數(shù)字、模擬、圖像、情感、價值觀、量子是什么意思，如果在一個討論中跨越不同的層次，就會經(jīng)常引起誤解和混亂。作為人工智能主體的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)必須包括“大腦”和“身體”。所謂大腦就是這個系統(tǒng)的意識區(qū)和無意識結(jié)構(gòu)或程序。意識區(qū)處理模糊問題，它包括處理記憶和編程功能；無意識程序處理精確問題，包括過濾信息、多任務(wù)功能和儲存記憶。所謂身體包括感官和行為執(zhí)行機構(gòu)。
智能系統(tǒng)內(nèi)部成員是靠神經(jīng)系統(tǒng)聯(lián)系的。這也就是說它們之間不得存在任何信息傳遞界面。電腦部件之間的信息傳遞是有界面的，所以僅從這一點上講電腦不可能是個智能主體。任何人造系統(tǒng)必然存在一個界面，在這個界面上人和人工物的交互方式是兼容的。如果制造一個具有自我意識的“人工智能”系統(tǒng)，就應(yīng)該在它的自我意識和自我人工物之間存在一個界面。
另外，設(shè)計這種系統(tǒng)必須讓我們提前知道它如何產(chǎn)生意識，而意識又是我們設(shè)計目標的一種附帶現(xiàn)象。它又是在這個系統(tǒng)被制造完成之后才能顯現(xiàn)的。我們設(shè)計制造東西是靠我們頭腦中現(xiàn)有的規(guī)則和邏輯，因此我們對人造物自身的功能和發(fā)展過程是能夠預(yù)期的。我們無法設(shè)計一種我們不能理解和預(yù)期它的功能的機器。因此我們只好模擬大腦功能，這又讓我們面對界面的難題，于是我們開始轉(zhuǎn)向量子理論，但是我們不能肯定我們大腦的工作機理是否是量子化的。
人類大腦內(nèi)在數(shù)十億個神經(jīng)細胞，它們相互之間通過神經(jīng)突觸相互影響，形成極其復(fù)雜的相互聯(lián)系。記憶就是腦神經(jīng)細胞之間的相互呼叫作用，其中有些相互呼叫作用所維持時間是短暫的，有些是持久的，而還有一些介于兩者之間。
當一個腦神經(jīng)細胞受到刺激發(fā)生興奮時，它的突觸就會發(fā)生增生或感應(yīng)閾下降，經(jīng)常受到刺激而反復(fù)興奮的腦神經(jīng)細胞，它的突觸會比其它較少受到刺激和興奮的腦細胞具有更強的信號發(fā)放和信號接受能力。當兩個相互間有突觸鄰接的神經(jīng)細胞同時受到刺激而同時發(fā)生興奮時，兩個神經(jīng)細胞的突觸就會同時發(fā)生增生，以至它們之間鄰接的突觸對的相互作用得到增強，當這種同步刺激反復(fù)多次后，兩個細胞的鄰接突觸對的相互作用達到一定的強度(達到或超過一定的閾值)，則它們之間就會發(fā)生興奮的傳播現(xiàn)象，就是當其中任何一個細胞受到刺激發(fā)生興奮時，都會引起另一個細胞發(fā)生興奮而，從而形成細胞之間的相互呼應(yīng)聯(lián)系，這就是即記憶聯(lián)系

作者: 51黑tt 時間: 2016-3-6 02:39
大腦記憶密碼終于被解開，今天上午，在此項研究的所在地--華東師范大學(xué)腦功能基因組學(xué)重點實驗室，研究的主持者之一林龍年博士為記者詳細介紹了破譯密碼的全過程

觀察腦活動有了直觀平臺

林龍年博士說，人類大腦是一個由約140億個神經(jīng)元組成的繁復(fù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)但過去我們只能間接地通過對人的行為的測試來觀測腦記憶的形成，即使像我們大家熟知的腦電圖核磁共振等檢測儀器，也只能觀察到大腦活動的一個籠統(tǒng)情況

如今他們的這項發(fā)現(xiàn)，就如同為人們觀察大腦活動搭建了一個直觀的平臺，即通過檢測大腦編碼單元的活動狀態(tài)直接解讀大腦在學(xué)習過程中記憶的形成

96根微電極插入小鼠海馬

林龍年問記者，你知道海馬嗎？這是一個與記憶密切相關(guān)的大腦結(jié)構(gòu)，因其形似海馬而得名；它負責將人們新的經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為長期的記憶海馬受損的病人會日復(fù)一日津津有味地閱讀同一張報紙，還總覺得自己是在看新聞(這一研究的另一位主持者錢卓，于1999年率研究小組，正是通過調(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)習與記憶過程中的重要分子機制)

那么，記憶在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層次上又是如何編碼的呢？換句話說，記憶在大腦中的物理形式是怎樣的呢？為了獲得這個對揭示大腦工作原理至關(guān)重要的答案，林龍年與錢卓一起，花了整整兩年，運用最新的高密度多通道在體記錄技術(shù)，以小鼠為對象進行了一系列的研究

小鼠海馬腦區(qū)只有半粒米大小，為了盡可能多地觀測到單個神經(jīng)元的活動情況，研究小組研制了世界上最輕巧的精細微電極推進器，把96根比頭發(fā)還細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幾百個神經(jīng)元的活動情況??傳統(tǒng)的方法在小鼠上只能記錄到幾個至二十幾個神經(jīng)元

這一步非常重要，林龍年博士介紹說，假如只能觀察到幾個神經(jīng)元，就談不上對神經(jīng)元群體的編碼進行分析了

接下來，研究人員設(shè)計了幾種新穎的行為模式來研究小鼠的神經(jīng)編碼，一種是在特定環(huán)境中給小鼠背部突然吹上一陣冷風，就像武俠小說中描寫的在月黑風高之夜，一陣突如其來的嗖嗖陰風會使人頓感毛骨悚然一樣，小鼠對這樣的刺激會感到驚恐

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，如同人們在乘坐的電梯突然失控墜落的過程中所獲得的記憶會刻骨銘心一樣，小鼠對這種極其刺激的經(jīng)驗也會印象深刻由于這些經(jīng)歷能夠產(chǎn)生令人難忘的記憶，我們猜想大腦中會有許多神經(jīng)元參與這些記憶的編碼，因此我們希望通過巧妙的實驗設(shè)計與新記錄技術(shù)的結(jié)合，來探索和破譯大腦編碼的奧秘

其后的實驗觀察發(fā)現(xiàn)，小鼠的海馬區(qū)對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€體乃至不同種群動物的大腦編碼活動進行直接的比較和分析在觀察到了這一有趣的編碼方式后，錢卓教授曾感慨地說：大腦記憶系統(tǒng)這種精美的操作設(shè)計真令人嘆服！

人類的記憶到底在哪里？它在大腦的哪個層面存在？它是如何獲得鞏固并被回憶的？昨天，41歲的林龍年博士站在華東師大上海腦功能基因組學(xué)研究所里宣布，他和美國波士頓大學(xué)的錢卓教授在世界上首次發(fā)現(xiàn)了大腦記憶的編碼單元，這被認為是為解讀人類大腦密碼提供了可能性

記憶在哪產(chǎn)生？

我們在大腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)層面發(fā)現(xiàn)了記憶活動在進行了2年半的實驗研究后林龍年說，這個神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)層面的首個記憶研究成果，可能會對將來人類發(fā)現(xiàn)大腦秘密提供一把鑰匙

大腦中的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)活動直接決定人類行為目前世界上對人腦的研究在底層的基因分子層面和突觸(神經(jīng)元連接點)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)以及行為層面同步展開

可適用于人類讀人類思維理論可行

雖然目前林龍年的實驗對象只是小鼠，但是，這為人類最終破解大腦的記憶密碼提供了一把鑰匙因為人腦和鼠腦乃至世界上大多數(shù)哺乳動物大腦的海馬所用編碼方式都是一樣的，因此，科學(xué)家們推測，人的大腦很可能利用同樣的原理來完成記憶之外的其它高級認知功能

這是否意味著，以后在人的腦袋上也戴一個同樣的機器帽子，然后我們就可以坐在電腦前看他在想些什么？林龍年表示這從理論上來說是可能的，但從技術(shù)操作上難度太大

首先，人類大腦有140億個神經(jīng)元，目前最先進的儀器也只能讀到小鼠的260個神經(jīng)元，所以要研發(fā)出一種能夠監(jiān)控140億個神經(jīng)元的帽子難度非常大其次，這個帽子要戴到腦子里面去，給人的大腦插上電極還有倫理和實際操作方面的困難

人腦記憶破解可研制獨立思考機器人

一旦人類大腦的記憶原理完全被破解，就可以據(jù)此研制出具有人類思維方式的機器人，他們能夠獨立思考，懂得聯(lián)想，甚至有情有義這種前景讓人又喜又憂，可能是美麗的畫卷，也可能給人類帶來滅頂之災(zāi)當然，這種構(gòu)想還非常遙遠，但卻再次證明了科學(xué)是把雙刃劍

咔嗒咔嗒這不是小鬧鐘的秒針走過的聲音，而是一只灰色的小老鼠思考的聲音記者昨天在林龍年副教授的實驗室中，通過儀器聽到了小鼠大腦神經(jīng)元的活動聲，努力聽懂這種聲音，就是科學(xué)家們正在從事的研究項目

小鼠頭上插著一個特制的精細微電極推進器，這是監(jiān)控它大腦活動的探頭為了幫小鼠減負，科學(xué)家在這個推進器上方系了一個老虎形狀的大氣球，免得壓得小鼠抬不起頭來

這只小鼠正在自己的窩里玩玩具幾個木制的汽車娃娃從顯示器上看，它的大腦神經(jīng)元活動很平靜，咔嗒咔嗒的神經(jīng)元活動聲也很均勻這時，林龍年伸手過去，它機警地躲開，而顯示屏上顯示的神經(jīng)元活動立即密集起來，很多原來未激活的神經(jīng)元都活躍起來，咔嗒聲的節(jié)奏也有所變化看來，小鼠對于敵人入侵產(chǎn)生了一些想法

林龍年坦言，目前他們也沒有完全讀懂小鼠的心思，只有幾種特定的驚嚇情況能夠讀懂，而一些平和的情緒還有待研究

人類認識的加速度似乎比宇宙發(fā)展的加速度要快，致使人類能取得今天這么輝煌的成就。歷史像是一列火車，人類則是半途上車的旅客。

　　“我們在火車上拼命想，這列火車究竟從哪里來？又究竟要到哪里去？火車仍一直向前開，這就是人類的一個基本命運。”



　　一只頭戴“電極帽”的小鼠靜靜地趴在“窩”里，兩只小小的眼珠滴溜溜亂轉(zhuǎn)。它一會兒伸伸爪子，一會兒出來散散步，喝點水。“咔嗒、咔嗒”，腦電波均勻的聲音就像鐘表的秒針，在實驗室里有節(jié)奏地響著。突然，背后吹來一股冷風！小鼠猛地打了個哆嗦。

　　電腦屏幕上原先平穩(wěn)“行走”的神經(jīng)元放電陣列，立刻偏離了原來的路線，變得急切、沖動起來，像一陣疾走的腳步聲，向?qū)嶒炇乙u來。41歲的林龍年已不是第一次聽到這種熟悉的“腳步聲”了。這位華東師范大學(xué)腦功能基因組學(xué)研究所副教授，盼望能從這種變化中聽到小鼠“記憶”的回聲。

　　“強烈的刺激容易給人留下深刻的印象。過一個十字路口，你可能很快就忘了。但在游樂園坐一次過山車，那種刺激讓你終身難忘。小鼠也是這樣。我們推測強烈的記憶應(yīng)比微弱的印象更易檢測。”這個推測讓林龍年想出了“背后吹冷風”的怪招，不過，這招看來很靈。

　　他接下來為小鼠又設(shè)計了另外兩個“恐怖場景”：把小鼠放在盒里，快速晃動，模擬地震的情形；把小鼠放在特制的盒中做自由落體下降，模擬電梯突然失控墜落的過程。林龍年希望借助這三個實驗尋覓到小鼠記憶的蛛絲馬跡。林龍年2004年1月回國，在美國普林斯頓大學(xué)完成博士后研究。目前主持上海市腦功能基因組學(xué)實驗室神經(jīng)編碼網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺建設(shè)，研究方向是學(xué)習與記憶的神經(jīng)編碼機制，即從神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)活動水平研究大腦學(xué)習、記憶的規(guī)律。

　　“世界上我最好奇的事情，就是人是怎么記住這紛繁復(fù)雜的世界的。人類的記憶到底深藏在腦子的什么地方？以怎樣的方式貯存？貯存之后又是如何鞏固、提取出來？”他笑著反問記者，“難道會有人不想知道這些嗎？” 這種好奇驅(qū)動林龍年進行了長達兩年半的實驗，使他和美國波士頓大學(xué)錢卓教授在世界上首次發(fā)現(xiàn)了大腦記憶的編碼單元，為解讀大腦記憶密碼提供了一種新的可能途徑。這一研究成果發(fā)表在4月26日的《美國科學(xué)院院報》上。

　　記憶藏在哪兒

　　我們知道，質(zhì)子、中子構(gòu)成原子核，原子核和電子構(gòu)成原子，原子構(gòu)成分子，分子之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。神經(jīng)系統(tǒng)也是這樣一個有著多個層次的系統(tǒng)，它的最底層叫基因分子層；在這個層次之上是細胞層，大腦中的細胞就叫神經(jīng)元；神經(jīng)元與神經(jīng)元之間通過突觸聯(lián)接，構(gòu)成了第三個層次——神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)層。大腦中神經(jīng)元的數(shù)量很多，約有1400億個，每個神經(jīng)元又與其他幾千個神經(jīng)元發(fā)生聯(lián)系，構(gòu)成一張巨大復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

　　科學(xué)家以前設(shè)想，記憶是一種分子物質(zhì)，像基因的信息藏在DNA序列當中。但是科學(xué)家在大腦里找來找去，找不到。不管是DNA、RNA、蛋白質(zhì)，都不能代表一個人的臉或鼻子。林龍年的合作者、美國波士頓大學(xué)錢卓教授，1999年，通過把復(fù)制的老鼠NR2B基因植入老鼠胚胎，提高了老鼠的學(xué)習與記憶能力，培育出“聰明鼠”，證明NR2B基因是控制大腦學(xué)習和記憶的“開關(guān)”。錢卓的這一成果轟動了世界，被評為當年世界十大科技成就之一。人們以為，距離找到記憶的本原，已經(jīng)不遠了。

　　科學(xué)家在接下來的研究中發(fā)現(xiàn)，盡管知道了一個關(guān)鍵的分子與記憶有關(guān)，它似乎并不能解答人們迫切需要了解的問題。聰明鼠究竟如何貯存信息，形成記憶，并在此后提取記憶中的這些信息進行表達？科學(xué)家們?nèi)匀徊恢馈Ｋ麄冎皇钦J為，人類大腦功能學(xué)習、記憶的實現(xiàn)，最后要依賴神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)層次的工作，但也離不開其它層次的作用。科學(xué)家們開始在大腦神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上尋找答案。

　　深入“海馬”
　在與記憶密切相關(guān)的大腦結(jié)構(gòu)中，海馬發(fā)揮著舉足輕重的作用，它是掌管學(xué)習和記憶的最主要區(qū)域，負責將人們新的經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為長期的記憶。海馬受損的病人，對眼前剛經(jīng)歷的事會毫無記憶，這樣的病人會每天津津有味地閱讀同一張舊報紙，自己還覺得總是在看新聞。

　　小鼠海馬腦區(qū)只有半粒米大小，科學(xué)家們將實驗的探測區(qū)域放在海馬腦區(qū)的CA1細胞層，即海馬信息處理的“輸出層”，這里約有20萬至30萬個神經(jīng)元。2002年，林龍年決定通過了解小鼠在環(huán)境中遇到強刺激時海馬腦區(qū)神經(jīng)元的反應(yīng)，測試小鼠究竟如何形成記憶，并在此后提取這一記憶。“我們猜想，大腦中會有許多神經(jīng)元參與這些記憶的編碼。”多通道在體(指裝在活的動物身上)記錄技術(shù)的出現(xiàn)，使得林龍年和同事們的研究成為可能。

　　他們研制出世界上最輕巧的精細微電極推進器，把96根比頭發(fā)還細得多的微電極插入小鼠的海馬區(qū)域，成功地記錄到多達260個神經(jīng)元的活動情況。“這一步非常重要，”林龍年介紹，“假如只能觀察到幾個神經(jīng)元，就談不上對神經(jīng)元群體的編碼進行分析。”過去記錄小鼠神經(jīng)元活動的最高紀錄是40多個，電極個數(shù)的最高紀錄也只有10多個。

　　實驗發(fā)現(xiàn)，小鼠在每次“歷險”時，電腦上的神經(jīng)元活動圖像便出現(xiàn)強烈反應(yīng)：有的神經(jīng)元放電頻率變快，有的變慢，有的停下來一段時間。看來，單個神經(jīng)元怎么編碼是個很難回答的問題。假如成組觀察，林龍年發(fā)現(xiàn)它們的反應(yīng)都很穩(wěn)定。有的組的神經(jīng)元不管你給什么刺激都反應(yīng)，有的神經(jīng)元對特異的事情有反應(yīng)，也有的神經(jīng)元對某兩個事情有反應(yīng)。“看來，不管什么記憶，都不像我們以前認為的單個神經(jīng)元在起編碼作用，關(guān)鍵是這個神經(jīng)元是否參與這個事件的反應(yīng)”。

　　簡單地說，記憶有可能是以編碼單元活動的，而不是僅與某一個神經(jīng)元有關(guān)聯(lián)。更有意義的是，科學(xué)家們通過把這些編碼單元活動或者不活動區(qū)分出來，可以把每一種驚嚇經(jīng)歷轉(zhuǎn)化成一串二進制數(shù)字，這種數(shù)字化的編碼形式使得他們能夠?qū)Σ煌膫€體乃至不同種群動物的大腦編碼活動進行直接的比較和分析。研究人員現(xiàn)在已經(jīng)可以根據(jù)小鼠神經(jīng)元的活動情況，反推出當時小鼠是受到了哪種驚嚇刺激，正確率90%。

　　可能，僅僅是可能

　　盡管林龍年一再強調(diào)，目前的實驗結(jié)果只是為解讀大腦記憶密碼提供了一種新的“可能”途徑，但一段時間以來，不少媒體將這一成果報道成了“首次成功破解記憶密碼”，這令林龍年哭笑不得。“人類離真正解開記憶之謎還有很長的路要走，現(xiàn)在還只是剛剛開始。”他說，鼠腦和人腦的差別主要在皮層方面，底層結(jié)構(gòu)是相同的，都是由神經(jīng)元組成。科學(xué)家推測現(xiàn)在的實驗結(jié)果在人的大腦內(nèi)也是成立的。

　　但是否確實如此，必須通過在人腦內(nèi)的實驗驗證。這個實驗難度非常大。更為重要的是，要想證明觀測到的現(xiàn)象確實是一種“記憶”形式，不僅需要證明它是這樣編碼外界的刺激，還要證明它能被提取出來。這個實驗難度更大。“對于大腦是如何記憶的，科學(xué)界目前還沒有一個成型的框架。科學(xué)家們只是在不斷地提出假說并通過實驗去驗證。”林龍年說，“人類目前對大腦工作原理的認識正處在一個門檻上，在不遠的將來很可能會有一個大的突破。”

　　19世紀末，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)大腦的基本結(jié)構(gòu)功能單位是神經(jīng)元；到20世紀30年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元活動時有一種特定的膜電位變化，可以用來傳遞信息；20世紀70年代，科學(xué)家已清楚神經(jīng)元之間通過化學(xué)物質(zhì)形成功能聯(lián)接點，且聯(lián)接點的強度是可以改變的。這三項發(fā)現(xiàn)均獲得了諾貝爾獎。

　　剩下的問題是，由這樣一個基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成的大腦，怎樣來處理信息？從那時至今已經(jīng)過去幾十年，技術(shù)獲得了飛速發(fā)展，但還不能完全回答這個問題。林龍年認為，以前一直沒有一種很好的方法對神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)活動進行探測，只能通過外在的行為表現(xiàn)間接地探知記憶的秘密，現(xiàn)在則有了一批相應(yīng)的高技術(shù)工具：多通道在體記錄技術(shù)、無創(chuàng)傷性腦成像技術(shù)等，這方面的研究發(fā)展肯定會隨之加快。

　　“如果在大腦學(xué)習和記憶原理的認識上有所突破，最大的影響可能在人工智能方面。”林龍年判斷，“根據(jù)大腦的工作原理，肯定會設(shè)計出一種全新電腦，不僅能記憶，還能以人腦的方式進行推理和思維。”“現(xiàn)代電腦的硬件發(fā)展已經(jīng)接近極限，電腦芯片電路的布線已經(jīng)到0.18微米，再精細下去，電子就要互相干擾了。假如我們知道人腦的工作方式，電腦的工作原理將會隨之調(diào)整，這對整個社會的影響太大了……”林龍年的眼神中充滿了憧憬。

　　那么多的“不知道”

　　有一種說法，科學(xué)就是花錢滿足科學(xué)家的好奇心。林龍年是這種觀點的堅定支持者，在他看來，好奇才是科學(xué)的原動力，其他的任何動力都帶有世俗的色彩。實驗中，他常常被自己的好奇心所驅(qū)使，有時竟意外地“撿”到不小的成果。一次實驗中，林龍年發(fā)現(xiàn)，小鼠大腦中有幾個神經(jīng)元對“窩”的概念特別敏感。無論“窩”的顏色、形狀、位置、大小、材料怎樣變化，它都能準確地“認”出來。

　　如果把“窩”換成一個平面或是凸起的物體，它就不認為那是自己的“窩”了。這說明小鼠已經(jīng)抽象出了“窩”的概念。在遇到相關(guān)因素時，會提煉出這些概念與“窩”聯(lián)系起來。難道小鼠也有抽象思維？這似乎與人們以往的看法不同。這個發(fā)現(xiàn)簡直讓林龍年著迷。他發(fā)現(xiàn)，小鼠睡覺的時候，神經(jīng)元活動具有陣發(fā)性。小鼠被麻醉時，神經(jīng)元的活動變得非常整齊，像廣場上的閱兵式，咣、咣、咣……

　　看來，神經(jīng)元越是一起活動，越是不編碼，越是各自為政越有效率。林龍年感嘆：“宇宙的進化過程中，大腦能進化出這么厲害的認知功能——感、知覺，學(xué)習與記憶，情緒，語言，思維，意識。過去，意識被認為是哲學(xué)的領(lǐng)域。現(xiàn)在科學(xué)家不僅可利用科學(xué)方法來研究意識，還在探討意識形成的生物學(xué)基礎(chǔ)。”

　　林龍年慶幸，人類認識的加速度似乎比宇宙發(fā)展的加速度要快，致使人類能取得今天這么輝煌的成就。他把歷史比作一列火車，人類則是半途上車的旅客。“我們在火車上拼命想，這列火車究竟從哪里來？又究竟要到哪里去？火車仍一直向前開，這就是人類的一個基本命運。”

歡迎光臨 (http://www.zg4o1577.cn/bbs/)