人類記憶究竟如何形成及提??？迄今最清晰證據(jù)出現(xiàn)！

撰文：劉芳

編審：黃珊

排版：李雪薇

還記得在《初戀 50 次》里由 Drew Barrymore 飾演的失憶女孩嗎？

由于一次車禍，她會(huì)在第二天太陽(yáng)升起時(shí)把前一天的事情全部忘光，以至于 Adam Sandler 需要給她五十次初戀，讓她在每天重新墜入愛(ài)河。

這聽上去是一個(gè)極致浪漫的故事，但對(duì)于失去了情景記憶功能的人來(lái)說(shuō)，遺忘是一種切身之痛。

那么，人類到底是如何合成情景記憶的？在回憶往昔時(shí)，我們的大腦又進(jìn)行著哪些活動(dòng)呢？

圖 | 50 first dates 劇照

近日，來(lái)自 UT Southwestern Peter O'Donnell Jr. Brian Institute 的研究人員在人類大腦的海馬區(qū)發(fā)現(xiàn)了 103 個(gè)特殊的神經(jīng)元，它們?cè)谔崛∏榫坝洃浀倪^(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)為新的深度腦刺激療法（Deep brain stimulation, DBS）指明方向，讓患有創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）、阿爾茨海默氏癥和心境障礙等患者從中受益。

12 月15日，相關(guān)論文將以 Neurons in the human medial temporal lobe track multiple temporal contexts during episodic memory processing 為題，發(fā)表在 Science Direct 期刊上。

論文的主要作者之一，Bradley Lega 博士說(shuō)：“這是迄今為止關(guān)于記憶如何形成及提取的最清晰的證據(jù)。”

探索人腦的情景記憶

首先我們來(lái)了解一下什么是情景記憶 (Episodic memory) 。

情景記憶是指發(fā)生在一定時(shí)間和地點(diǎn), 對(duì)個(gè)人親身經(jīng)歷事件的記憶。第一次接吻的記憶，或圣誕節(jié)與朋友喝酒的記憶，都屬于情景記憶。與之相對(duì)的另一個(gè)概念——語(yǔ)義記憶，則是指我們大腦能夠存儲(chǔ)的一般信息和事實(shí)。

情景記憶屬于遠(yuǎn)事記憶范疇，是人類最高級(jí)、成熟最晚的記憶系統(tǒng)。大量的實(shí)驗(yàn)證據(jù)證明，大腦內(nèi)側(cè)顳葉結(jié)構(gòu) (medial temporal lobe，MTL) 在情景處理中發(fā)揮主要作用。大腦 MTL 結(jié)構(gòu)由海馬及其周邊區(qū)域（海馬旁回、內(nèi)嗅皮質(zhì)、嗅緣皮質(zhì)）構(gòu)成。它可匯聚來(lái)自枕、 頂、顳、額諸皮質(zhì)感知信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行整合加工。

記憶編碼和提取實(shí)驗(yàn)示意圖 | 來(lái)源：論文

在實(shí)驗(yàn)中，神經(jīng)科學(xué)家們?cè)谕旭R斯·杰斐遜大學(xué)醫(yī)院 (TJUH) 和德克薩斯大學(xué)西南分校（UTSW）招募了 27 名被診斷為頑固性癲癇的患者。在手術(shù)前，他們需要在大腦中植入微電極來(lái)找到癲癇病灶，這就為科學(xué)家研究情景記憶的編碼模式提供了神經(jīng)元尺度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

記憶編碼實(shí)驗(yàn)為單詞聯(lián)想任務(wù)，屏幕上會(huì)出現(xiàn) 308 個(gè)不同英語(yǔ)名詞。

在實(shí)驗(yàn)期間每個(gè)單詞只出現(xiàn)一次，在屏幕上持續(xù) 1.6 秒。之后受試者便進(jìn)入了干擾期。

研究人員會(huì)隨機(jī)給受試者出一些算術(shù)題，轉(zhuǎn)移一下受試者的注意力。然后便進(jìn)入到了精彩的記憶提取時(shí)間。受試者需要盡量回憶起這 308 個(gè)轉(zhuǎn)瞬即逝的英語(yǔ)名詞。根據(jù)神經(jīng)元的電極記錄，研究人員最終在大腦的海馬區(qū)和內(nèi)嗅皮層（entorhinal cortex）識(shí)別出 103 個(gè)在編碼成功時(shí)放電頻率具有顯著特性的“相繼記憶效應(yīng)”（Subsequent memory effect，SME）神經(jīng)元，其中包括前海馬神經(jīng)元 51 個(gè)（49.5%），后海馬神經(jīng)元 31 個(gè)（30.1%），中或未指定海馬神經(jīng)元 4 個(gè)（3.9%），內(nèi)嗅皮層神經(jīng)元 17 個(gè)（16.5%）。

SME 神經(jīng)元示意圖 | 來(lái)源：論文

當(dāng)記憶編碼成功時(shí)，這 103 個(gè)記憶敏感型神經(jīng)元的活躍度會(huì)增加。

當(dāng)受試者試圖提取記憶，特別是回憶大量細(xì)節(jié)時(shí)，這些神經(jīng)元產(chǎn)生了同樣的放電模式。換言之，受試者在編碼單詞時(shí)的內(nèi)側(cè)顳葉的神經(jīng)元放電頻率跟回憶單詞時(shí)的放電頻率具有很高的一致性，且每個(gè)單詞編碼模式不同。

辨別記憶和幻覺(jué)的關(guān)鍵

這個(gè)結(jié)果從神經(jīng)元的尺度證實(shí)了人腦的“相繼記憶效應(yīng)”理論，即大腦神經(jīng)系統(tǒng)尤其內(nèi)側(cè)顳葉結(jié)構(gòu)及前額葉的活動(dòng)，可在一定程度上預(yù)測(cè)所經(jīng)歷的事件是否能夠被正確地重新回憶，記憶成功與記憶失敗所對(duì)應(yīng)的大腦活動(dòng)差異顯著。

有趣的是，這些單詞出現(xiàn)的先后順序而不是語(yǔ)義對(duì)回憶提取非常重要。

在神經(jīng)學(xué)上這稱為時(shí)間群集效應(yīng)（temporal cluster effect），即大腦傾向于對(duì)時(shí)間上相鄰的信息進(jìn)行編碼。因此在成功地回憶往昔時(shí)，我們通常也會(huì)對(duì)一個(gè)事件發(fā)生的前后情景印象深刻。相比之下，這次發(fā)現(xiàn)的 103 個(gè)記憶敏感型神經(jīng)元未能預(yù)測(cè)不同語(yǔ)義類型的記憶提取方式。為此研究人員特定從維基百科里找到 10 萬(wàn)篇文檔，以量化實(shí)驗(yàn)中所給出單詞的語(yǔ)義信息。

作者認(rèn)為，這或許是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)置中未要求受試者按照類別提取記憶，又或者對(duì)語(yǔ)義敏感的神經(jīng)元活動(dòng)在大腦 MTL 區(qū)域之外，例如顳葉和前額葉皮質(zhì)等區(qū)域。

（來(lái)源：UT Southwestern Peter O'Donnell Jr. Brian Institute 網(wǎng)站）

除此之外，這項(xiàng)研究還首次在人類大腦中發(fā)現(xiàn)，負(fù)責(zé)提取記憶的神經(jīng)經(jīng)元的放電的時(shí)間與大腦其他神經(jīng)元放電時(shí)間不同。他們給這種現(xiàn)象取名為“相位差”（phase offset）。

研究人員認(rèn)為，正是“相位差”讓我們得以清楚地區(qū)分回憶和現(xiàn)實(shí)。

Bradley Lega 博士稱：“ 我們的發(fā)現(xiàn)對(duì)這個(gè)問(wèn)題提供了重要的啟示，即你怎么知道你正在回憶過(guò)去，而不是在體驗(yàn)新的記憶？”

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)對(duì)阿爾茲海默癥和精神分裂患者來(lái)說(shuō)尤為重要。

UT Southwestern 精神病學(xué)教授 Carol Tamminga 表示，海馬體的功能障礙是精神分裂癥患者無(wú)法辨別記憶和幻覺(jué)的根本原因：“（精神分裂癥等患者的）幻覺(jué)和妄想，實(shí)際上是被損壞的真實(shí)記憶。它們是通過(guò)神經(jīng)記憶系統(tǒng)處理的，就像‘正常’記憶一樣。理解如何使用這種‘相位差’機(jī)制來(lái)修正這些被損壞的記憶很重要。”

期待在不遠(yuǎn)的未來(lái)，這項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)能夠幫助被幻覺(jué)和真實(shí)所困擾的人們。

（來(lái)源：UT Southwestern Peter O'Donnell Jr. Brian Institute 網(wǎng)站）

參考文獻(xiàn)：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811921009629?via%3Dihub

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/12/211206215953.htm

http://icanbrainlab.bnu.edu.cn/webpic/image/20180910/20180910175322.pdf

來(lái)源：學(xué)術(shù)頭條