大腦記憶的原理_我們是如何記憶的(2)
怎樣增強(qiáng)記憶力
記憶，就是過去的經(jīng)驗(yàn)在人腦中的反映。它包括識記、保持、再現(xiàn)、回憶三個(gè)基本過程。其形式有形象記憶、概念記憶、邏輯記憶、情緒記憶、運(yùn)動記憶等。
記憶的大敵是遺忘。提高記憶力，實(shí)際就是盡量避免和克服遺忘。在學(xué)習(xí)活動中只要進(jìn)行有意識的鍛煉，掌握記憶規(guī)律和方法，就能改善和提高記憶力。下面介紹增強(qiáng)記憶的十種方法。
1.注意集中。記憶時(shí)只要聚精會神、專心致志，排除雜念和外界干擾，大腦皮層就會留下深刻的記憶痕跡而不易遺忘。如果精神渙散，一心二用，就會大大降低記憶效率。
2.興趣濃厚。如果對學(xué)習(xí)材料、知識對象索然無味，即使花再多時(shí)間，也難以記住。
3.理解記憶。理解是記憶的基礎(chǔ)。只有理解的東西才能記的牢、記得久。僅靠死記硬背，則不容易記住。對于重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，如能作到理解和背誦相結(jié)合，記憶效果會更好。
4.過度學(xué)習(xí)。即對學(xué)習(xí)材料在記住的基礎(chǔ)上，多記幾遍，達(dá)到熟記、牢記的程度。過度學(xué)習(xí)的最佳程度是150%。
5.及時(shí)復(fù)習(xí)。遺忘的速度是先快后慢。對剛學(xué)過的知識，趁熱打鐵，及時(shí)溫習(xí)鞏固，是強(qiáng)化記憶痕跡、防止遺忘的有效手段。
6.經(jīng)?；貞洝W(xué)習(xí)時(shí)，不斷進(jìn)行嘗試回憶，可使記憶錯(cuò)誤得到糾正，遺漏得到彌補(bǔ)，使學(xué)習(xí)內(nèi)容難點(diǎn)記的更牢。閑暇時(shí)經(jīng)常回憶過去識記的對象，也能避免遺忘。
7.讀、想、視、聽相結(jié)合。可以同時(shí)利用語言功能和視聽覺器官的功能，來強(qiáng)化記憶，提高記憶效率，比單一默讀效果好的多。
8.運(yùn)用多種記憶手段。根據(jù)情況，靈活運(yùn)用分類記憶、特點(diǎn)記憶、諧音記憶、爭論記憶、聯(lián)想記憶、趣味記憶、圖表記憶、縮短記憶及編提綱、做筆記、卡片等記憶方法，均能增強(qiáng)記憶力。
9.掌握最佳記憶時(shí)間。一般來說，上午9~11時(shí)，下午3~4時(shí)，晚上7~10時(shí)，為最佳記憶時(shí)間。利用上述時(shí)間記憶難記的學(xué)習(xí)材料，效果較好。
10.科學(xué)用腦。在保證營養(yǎng)、積極休息、進(jìn)行體育鍛煉等保養(yǎng)大腦的基礎(chǔ)上，科學(xué)用腦，防止過度疲勞，保持積極樂觀的情緒，能大大提高大腦的工作效率。這是提高記憶力的關(guān)鍵。
有益增強(qiáng)記憶力的食物:
常飲葡萄汁有益于延長壽命。適當(dāng)飲用葡萄酒也有同樣效果，但由于酒精會對神經(jīng)產(chǎn)生麻痹作用，因而葡萄汁是更好選擇。葡萄汁中的抗氧化物質(zhì)含量高過其他任何水果和蔬菜，且可以提高神經(jīng)系統(tǒng)的傳輸能力。除了益壽延年，葡萄汁還可以在短期內(nèi)提高記憶力。
野生藍(lán)莓果富含抗氧化物質(zhì)，可以清除體內(nèi)雜質(zhì)。在小白鼠身上進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果表明，長期攝取藍(lán)莓果能加快大腦海馬部神經(jīng)元細(xì)胞的生長分化，提高記憶力，防止隨著年齡增長，平衡和協(xié)調(diào)能力的減弱，還能減少高血壓和中風(fēng)的發(fā)生幾率。
其他增強(qiáng)記憶的食物
一些健腦食品，其實(shí)是常見的物美價(jià)廉之物。如蛋黃、大豆、瘦肉、牛奶、魚、動物內(nèi)臟(心、腦、肝、腎)及胡蘿卜、谷類等。這些食物不僅含有豐富的卵磷脂，且容易消化，對兒童腦髓的發(fā)育也有積極的作用。
1?牛奶。富含蛋白質(zhì)、鈣及大腦必需的維生素B1、氨基酸。牛奶中的鈣最易吸收。用腦過度或失眠時(shí)，一杯熱牛奶有助入睡。
2?雞蛋。被營養(yǎng)學(xué)家稱為完全蛋白質(zhì)模式，人體吸收率為99.7%。正常人每天一個(gè)雞蛋即可滿足需要。記憶力衰退的人每天吃5~6個(gè)，可有效改善記憶(不適宜膽固醇高的人)。孩子從小適當(dāng)吃雞蛋，有益發(fā)展記憶力;特別是蛋黃，蛋黃中含有蛋黃素、蛋鈣等腦細(xì)胞所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，可增強(qiáng)大腦活力。。
3?魚類?？梢韵虼竽X提供優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)和鈣。淡水魚所含的脂肪酸多為不飽和脂肪酸，能保護(hù)腦血管，對大腦細(xì)胞活動有促進(jìn)作用。
4?貝類。碳水化合物及脂肪含量非常低，幾乎是純蛋白質(zhì)，可以快速供給大腦大量的硌氨酸。因此可以大大激發(fā)大腦能量、提高情緒以及提高大腦功能。以貝類作開胃菜，能最快地提高腦力。但是貝類比魚類更容易積聚海洋里的毒素和污染物質(zhì)。
5?味精。主要成分是谷氨酸鈉，是參加腦代謝的唯一氨基酸，會增加腦內(nèi)乙酰膽堿，能促進(jìn)智力發(fā)育，維持和改進(jìn)大腦機(jī)能，改善記憶力。
6?花生?；ㄉ葓?jiān)果富含卵磷脂，常食能改善血液循環(huán)、抑制血小板凝集、防止腦血栓形成，可延緩腦功能衰退、增強(qiáng)記憶、延緩衰老，是名符其實(shí)的“長生果”。
7?小米。所含維B1和B2高于大米1~1?5倍。臨床觀察發(fā)現(xiàn)，吃小米有益于腦的保健，可防止衰老。
8?玉米。玉米胚中富含多種不飽和脂肪酸，有保護(hù)腦血管和降血脂作用。谷氨酸含量較高，能促進(jìn)腦細(xì)胞代謝，具有健腦作用。
9?黃花菜。黃花菜可以安神解郁，但不宜生吃或單炒，以免中毒，以干品和煮熟吃為好。
10?辣椒。維C含量居蔬菜之首，胡蘿卜素和維生素含量也很豐富。辣椒所含的辣椒堿能刺激味覺、增加食欲、促進(jìn)大腦血液循環(huán)。“辣”味還是刺激人體內(nèi)追求事業(yè)成功的激素，使人精力充沛，思維活躍。生吃效果更好。
11?菠菜。含豐富的維A、C、B1和B2，是腦細(xì)胞代謝的最佳供給者之一。它還含有大量葉綠素，也具有健腦益智作用。
12?橘類。橘子、檸檬、廣柑、柚子等含有大量維A、B1和C，屬典型的堿性食物，可以消除大量酸性食物對神經(jīng)系統(tǒng)造成的危害。考試期間適量吃些橘子，能使人精力充沛。
13?菠蘿。含豐富維C和微量元素錳，而且熱量少，常吃有生津提神、提高記憶力的作用。
14?胡蘿卜?？梢源碳ご竽X物質(zhì)交換，減輕背痛的壓力。
15?油梨。含大量的油酸，是短期記憶的能量來源。正常人每天半個(gè)油梨即可。
16?藻。含有豐富的葉綠素、維生素、礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)，可以改善記憶力和注意力。
17. 卷心菜:富含維生素B，能預(yù)防大腦疲勞。
18. 大豆:含有蛋黃素和豐富的蛋白質(zhì)，每天食用適量的大豆或豆制品，可增強(qiáng)記憶力。
19.木耳:含有蛋白質(zhì)、脂肪、多糖類、礦物質(zhì)、維生素等多種營養(yǎng)成分，為補(bǔ)腦佳品。
20.杏子:含有豐富的維生素A、C，可有效地改善血液循環(huán)，保證腦供血充足，有利于大腦增強(qiáng)記憶。
大腦是如何記憶的
人類大腦是一個(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(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搭建了一個(gè)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(xí)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(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(bào)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(xí)與記憶過程中的重要分子機(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?換句話說，記憶在大腦中的物理形式是怎樣的呢?為了獲得這個(gè)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(yùn)用最新的高密度多通道在體記錄技術(shù)，以小鼠為對象進(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到單個(gè)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(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，“假如只能觀察到幾個(gè)神經(jīng)元，就談不上對神經(jīng)元群體的編碼進(jìn)行分析了?！?/p>
記憶如何“刻骨銘心”
接下來，研究人員設(shè)計(jì)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?yán)滹L(fēng)，就像武俠小說中描寫的在月黑風(fēng)高之夜，一陣突如其來的嗖嗖陰風(fēng)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(yàn)也會印象深刻?！坝捎谶@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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與新記錄技術(shù)的結(jié)合，來探索和破譯大腦編碼的奧秘?！?/p>
其后的實(shí)驗(yàn)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(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)體乃至不同種群動物的大腦編碼活動進(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(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，人的大腦很有可能利用同樣的原理來完成記憶之外的其他高級認(rèn)知功能，如情緒、思維、意識等。
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)，在美國普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)系錢卓實(shí)驗(yàn)室完成博士后工作。
2004年1月回國，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)活動水平研究大腦學(xué)習(xí)記憶過程中的群體神經(jīng)元編碼規(guī)律。
錢卓43歲，美國波士頓大學(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，教育部長江講座教授。他于1999年首創(chuàng)單個(gè)基因植入技術(shù)，通過把復(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“開關(guān)”。這一成果被評為當(dāng)年世界十大科技成就。
上海實(shí)驗(yàn)室為破譯大腦是記憶密碼帶來可能
東方早報(bào)
人類的記憶到底在哪里?它在大腦的哪個(gè)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(rèn)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?！痹谶M(jìn)行了2年半的實(shí)驗(yàn)研究后林龍年說，這個(gè)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)層面的首個(gè)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(diǎn))、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)以及行為層面同步展開。
林龍年博士與錢卓博士一起，運(yùn)用最新的高密度多通道在體記錄技術(shù)，以小鼠為對象進(jìn)行了一系列的研究。小鼠來自中科院實(shí)驗(yàn)動物所，25元一只。同時(shí)，他們還從美國采購了部分轉(zhuǎn)基因小鼠用于將來的比對研究。
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)260個(gè)神經(jīng)元的活動情況。在與記憶密切相關(guān)的大腦結(jié)構(gòu)中，海馬(因其形似海馬而得名)發(fā)揮著舉足輕重的作用，它負(fù)責(zé)將人們新的經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為長期的記憶。小鼠海馬腦區(qū)只有半粒米大小，科學(xué)家們將實(shí)驗(yàn)的探測區(qū)域放在海馬腦區(qū)的CA1細(xì)胞層，也就是信息的“輸出層”，這里大約有緊密排列的20萬至30萬個(gè)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(gè)神經(jīng)元，就談不上對神經(jīng)元群體的編碼進(jìn)行分析了。而傳統(tǒng)的方法在小鼠上只能記錄到幾個(gè)至20幾個(gè)神經(jīng)元。人類大腦是一個(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)。迄今為止，對大腦功能的解讀，就像在基因密碼破譯之前人們只能通過基因的表型間接了解遺傳信息一樣，腦科學(xué)家們目前只能通過對行為的測試來間接檢測記憶的形成。技術(shù)上的突破使科學(xué)家能夠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(xí)過程中記憶的形成。
記憶怎樣產(chǎn)生?
一個(gè)事件帶來的驚恐、慌亂的記憶是怎么產(chǎn)生的?技術(shù)條件成熟后，科學(xué)家們開始進(jìn)行情景實(shí)驗(yàn)收集大腦神經(jīng)元的反應(yīng)?！坝行┙?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。”錢卓博士說。
研究人員設(shè)計(jì)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?yán)滹L(fēng)。林龍年說就像武俠小說中描寫的在月黑風(fēng)高之夜，一陣突如其來的嗖嗖陰風(fēng)會使人頓感毛骨悚然一樣，小鼠對這樣的刺激會感到驚恐。它的神經(jīng)元活動發(fā)生變化，有的變密集，有的變稀疏。把小鼠放在特制的小電梯中做自由落體下降，如同人們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(yàn)也會印象深刻。
實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，在海馬的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中有許多神經(jīng)元對這種驚嚇刺激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(codingunits)。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(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煌瑐€(gè)體乃至不同種群動物的大腦編碼活動進(jìn)行直接的比較和分析。
“我們認(rèn)為大腦很有可能利用同樣的原理來完成其他一系列的高級認(rèn)知功能。”錢卓博士說。
中美聯(lián)手破譯大腦記憶密碼
科學(xué)時(shí)報(bào)
華東師范大學(xué)腦功能基因組學(xué)研究所林龍年副教授與美國波士頓大學(xué)錢卓教授(現(xiàn)任該校教育部長江講座教授、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)大腦記憶的編碼單元與大腦密碼的解讀方法，這一重要研究成果即將發(fā)表于最新一期的《美國科學(xué)院院報(bào)》上。
美國《波士頓環(huán)球報(bào)》在4月12日對這項(xiàng)重要成果進(jìn)行了全面報(bào)道。美國科學(xué)院院士、著名神經(jīng)學(xué)家Tom Sudhof教授評價(jià)說:“肯定會對神經(jīng)領(lǐng)域的研究產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響?！?/p>
人類大腦是一個(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)。就像在基因密碼破譯之前人們只能通過基因的表型間接了解遺傳信息一樣，迄今為止，腦科學(xué)家們對大腦功能的解讀只能通過對行為的測試來間接檢測記憶的形成。此次突破使科學(xué)家有可能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(xí)過程中記憶的形成。
在與記憶密切相關(guān)的大腦結(jié)構(gòu)中，“海馬”(因其形似海馬而得名)發(fā)揮著舉足輕重的作用，它負(fù)責(zé)將人們新的經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為長期的記憶?！昂ｑR”受損的病人，對眼前剛經(jīng)歷的事毫無記憶，這樣的病人會日復(fù)一日津津有味地閱讀同一張舊報(bào)紙，而自己還覺得是在看新聞。1999年，錢卓和其領(lǐng)導(dǎo)的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，在美國普林斯頓大學(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?換句話說，記憶在大腦中的物理形式是怎樣的呢?為了獲得這個(gè)對揭示大腦工作原理至關(guān)重要的答案，林龍年與錢卓一起運(yùn)用最新的高密度多通道在體記錄技術(shù)，以小鼠為對象進(jìn)行了一系列的研究。
小鼠海馬腦區(qū)只有半粒米大小，在它的CA1細(xì)胞層大約有緊密排列的20萬至30萬個(gè)神經(jīng)元，為了盡可能多的觀測到單個(gè)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(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)元的活動情況，而傳統(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?！斑@一步非常重要，”林龍年介紹說，“假如只能觀察到幾個(gè)神經(jīng)元，就談不上是對神經(jīng)元群體的編碼進(jìn)行分析。”
接下來，研究人員設(shè)計(jì)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?yán)滹L(fēng)，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，小鼠對這種極其刺激的經(jīng)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與新記錄技術(shù)的結(jié)合，來探索和破譯大腦編碼的奧秘?！卞X卓說。
其后的實(shí)驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，在海馬的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中有許多神經(jīng)元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(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)體乃至不同種群動物的大腦編碼活動進(jìn)行直接的比較和分析。
“大腦記憶系統(tǒng)這種精美的操作設(shè)計(jì)令人嘆服，我們認(rèn)為大腦很有可能利用同樣的原理來完成其他一系列的高級認(rèn)知功能?！卞X卓說，“這項(xiàng)研究工作得到了國家‘973’項(xiàng)目、教育部和上海市的支持，同時(shí)為華東師大腦功能基因組學(xué)研究所今后在腦認(rèn)知科學(xué)的前沿領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步探索提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！?/p>
戴上一頂非常精密的“儀器帽”，就能在電腦顯示屏上清楚地“讀”出你在想什么---這種科幻片中常常出現(xiàn)的情景，昨天就在華東師范大學(xué)腦功能基因組學(xué)研究所上演。不過，戴“帽子”的是灰色小老鼠。
該研究所林龍年副教授與美國波士頓大學(xué)錢卓教授合作，在世界上首次發(fā)現(xiàn)了大腦記憶的編碼單元，并使人類能夠通過儀器監(jiān)控直接看到大腦在學(xué)習(xí)過程中是如何形成記憶的。這一重要研究成果發(fā)表于最新一期的《美國科學(xué)院院報(bào)》(ProceedingsoftheNationalA-cademyofScience)。
獲取大腦密碼小鼠主演“恐怖片”
為了獲取大腦記憶的“密碼”，科學(xué)家設(shè)計(jì)了一個(gè)簡單的“恐怖片”，讓幾只試驗(yàn)用的小鼠充當(dāng)主角。
首先在小鼠頭上戴一個(gè)特殊的“帽子”---這是研究小組研制出的世界上最輕巧的精細(xì)微電極推進(jìn)器，96根比頭發(fā)絲細(xì)得多的微電極就插在小鼠大腦的海馬區(qū)域，這里是形成長久記憶的關(guān)鍵區(qū)域。這些微電極能夠記錄到小鼠260個(gè)腦神經(jīng)元的活動情況，并將其顯示在電腦屏幕上。
然后，科學(xué)家設(shè)置了三個(gè)恐怖情節(jié)。一是“月黑風(fēng)高夜”，就是在特定環(huán)境中給小鼠背部突然吹一股冷風(fēng)，讓它毛骨悚然;二是“電梯失控下墜”，就是把小鼠放在特制的小電梯中，做自由落體下降，猛然著地;三是“地震刺激”，小鼠被放在特制小電梯中，然后電梯突然猛烈地左右搖晃。
“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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與新記錄技術(shù)的結(jié)合，來探索和破譯大腦編碼的奧秘?！卞X卓博士說。
破譯大腦密碼“讀”懂小鼠所“思”
事實(shí)證明科學(xué)家的設(shè)想是有道理的?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，小鼠每次經(jīng)歷“險(xiǎn)境”時(shí)，在海馬區(qū)域的許多神經(jīng)元對這種驚嚇刺激果然有著各種各樣的放電反應(yīng)。而且，研究人員發(fā)現(xiàn)，一小撮神經(jīng)元能夠組成記憶編碼的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元(codingunits)，對于相同的刺激，這一小搓神經(jīng)元的反應(yīng)基本相同;而對于另一些刺激，這一小搓神經(jīng)元可能毫無反應(yīng)。
很顯然，現(xiàn)在可以推斷出這些不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元可能對應(yīng)不同的感受，但是，要真正“讀”懂這個(gè)小鼠的“想法”，難度非常大。林龍年也認(rèn)為，要讀懂這些密碼是整個(gè)實(shí)驗(yàn)中最艱難的部分。
科學(xué)家們通過這些編碼單元的激活與否，把每一種驚嚇經(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)體乃至不同種群動物的大腦編碼活動進(jìn)行直接的比較和分析。
在分析了大量的神經(jīng)元活動情況之后，林龍年和他的同事們終于“讀”懂了這個(gè)“天書”。他們現(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(dāng)時(shí)小鼠是受到了哪種驚嚇刺激，正確率100%。
可適用于人類讀人類思維理論可行
雖然目前林龍年的實(shí)驗(yàn)對象只是小鼠，但是，這為人類最終大腦的記憶密碼提供了一把鑰匙。因?yàn)槿四X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(rèn)知功能。
這是否意味著，以后在人的腦袋上也戴一個(gè)同樣的機(jī)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(gè)神經(jīng)元，目前最先進(jìn)的儀器也只能讀到小鼠的260個(gè)神經(jīng)元，所以要研發(fā)出一種能夠監(jiān)控140億個(gè)神經(jīng)元的“帽子”難度非常大。其次，這個(gè)“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(shí)際操作方面的困難。
人腦記憶可研制獨(dú)立思考機(jī)器人
林龍年表示，一旦人類大腦的記憶原理完全被，就可以據(jù)此研制出具有人類思維方式的機(jī)器人，他們能夠獨(dú)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(dāng)然，這種構(gòu)想還非常遙遠(yuǎn)，但卻再次證明了科學(xué)是把雙刃劍。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場
我聽到了小鼠的思考
“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(shí)驗(yàn)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(xiàng)目。
小鼠頭上插著一個(gè)特制的精細(xì)微電極推進(jìn)器，這是監(jiān)控它大腦活動的“探頭”。為了幫小鼠“減負(fù)”，科學(xué)家在這個(gè)推進(jìn)器上方系了一個(gè)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(gè)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(shí)，林龍年伸手過去，它機(jī)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。
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