科学家破解提高记忆的本质：引发大脑突触的改变
2017/8/30 17:12:59 中国科普博览
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记忆究竟影响一个人多少？如果失去了过去的记忆，我们还是原来的自己吗？人脑内有一个海马区，掌控了长期间记忆，若是受损，有可能从此无法形成新的记忆，这意味着无法认识新的人、无法记得5分钟前做了什么!“记忆某种程度上就代表了我们本身”，在SELF讲坛上，中科院神经科学研究所的李澄宇为我们揭开“记忆”神秘的面纱。”
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嘉宾介绍
李澄宇
中国科学院神经科学研究所研究员
以下内容由李澄宇演讲精编而成：
动物为什么需要学习和记忆
灰颊白眉猴的主要食物是成熟的果实，它生存的空间非常大，里面有大概10万棵树，在任何一个时刻有成熟果子的果树有50棵，所以白眉猴需要学会找到这些树、记住它们在哪里，并且赶在别的竞争对手之前抵达。再者，你若是个捕食者，那么需要学会捕食；若是个被捕食者，需要学会不要被人或被别的动物吃掉。这些都和记忆密切相关。
社会等级需要学习
在这张图片中哪一只是老大？──中间那个!我们并不是狒狒，但是很容易看出来谁是老大。不难理解到这些等级制度和相关的行为是需要学会的。
学习记忆对生存的必要性
非洲的黑长尾猴，约3到5公斤，是很小的一类猴子。它们在野外的生存相当不易，超过60%的幼年黑长尾猴，出生一年内死亡；捕食者至少造成了其中70%。捕食者主要分为三类：第一类是以豹子为代表的大型捕食动物；第二类是以战雕为代表的鸟类；第三种是在草丛里面埋伏捕食的蟒蛇。
针对这三类不同的捕食者，黑长尾猴发展出了非常有效的“指示性”警告呼叫：当看到豹子时，它发出的警告声可以指引听到的同伴要上树，为什么？豹子重，在树上跑得没有猴子快，曾经有人观察到一只豹子追一只黑长尾猴，在树上追了一个小时没有追到，所以树上是安全的。
如果黑长尾猴看到鹰，警报声非常短促，如果听到这样的声音，正确的反应是马上进入灌木丛，占雕翼展两米，在灌木里面它是无法飞行和捕食的。
如果看到蛇，警告声音也很短促，如果听到这种警告式叫声的话，正确的反应是站起来向四面看，因为蟒蛇主要靠潜伏来捕食，在草丛里面正好踩到蟒蛇身上，它就把你吃掉了。
婴儿黑长尾猴的观察学习
Cheney和Seyfarth两人长期关注黑长尾猴，发展实验来证明“观察学习”的重要性：他们对一岁以下的黑长尾猴播放那三种声音，看它们的反应。
分析时分成两类：左边一类是小猴反应之前，它会先看一下成年猴──结果是做正确反应的次数远高于做错误反应的次数；右边一类是小猴没有看一下成年猴，直接做出反应，可以看到它们出错的几率很高，正确或错误差不多。
一岁之内的小猴60%会死亡，多数是来自于捕食的话，你就会意识到这个差别──看一下和不看一下、观察一下和不观察一下──对于生存有着非常重要的意义，说明在野外，动物非常依赖于学习记忆。
在实验室里面怎么研究学习记忆
比如说先给受试者一个视觉刺激的样本，再用延迟期把样本隐藏起来，然后让受试者选择一个和刚才样本不一样的刺激。
或让病人──比如说精神分裂症患者──来做这个任务。X轴是给不同的样本数；Y轴是出现错误的几率，红色线是一般人的数据：随着要记得的信息越来越多，出错的几率会越大。而精神分裂症患者是蓝色线，出的错误就更高。
工作记忆是一个非常基础的研究，对于临床或实际生活有很大的关系
在做工作记忆的任务时，需要短时间记住一个信息，大脑中会有两个脑区被激活──一个在前面，叫做额叶；另一个在后头，叫做顶叶，就是图中颜色比较热(红色)的地方，颜色比较蓝的区块则被抑制，所以人类脑子其实有很多特定的脑区，在帮助从事工作记忆这种行为。
在李澄宇的实验室里面主要用小鼠作为模型来研究工作记忆，以嗅觉来测试这种短暂存储信息的能力。该工作任务的设计是：给小鼠两次气味，中间会有延迟期几秒钟，如果两个气味不一样，那么小鼠要舔，来得到水；如果两个气味是一样的，那就不用舔，因为没有水。这个任务在时间上，把感觉、记忆、抉择给分开，这是设计的原因。李澄宇的团队花费五年左右的时间，来证明小鼠的前额叶对于工作记忆是重要的。
什么是记忆的机理
以下几个例子说明“记忆出问题的时候”：
记忆能力是有限制的
不是所有发生事情都会被记住。
又叫“非注意性失忆”──如果没有注意，那你是不会记住的──这很正常，在生活中不停的发生大量随机事件，而我们的记忆只记那些对我们有重要意义的事情，所以非注意性失忆有其重大意义。
不是所有时候的学习都是一样的效果。
我们的语言能力依赖于“关键期”──在2到7岁的时候，我们必须要经历语言这个经验，如果这时候没有语言经验，结果将终身无法学会语言。
Genie她的父亲是严重的精神分裂症患者，在这个小女孩13岁之前，他都把她捆在家里面，用铁链子捆在床上，他们生活在农村，周围几十里地都没什么人，所以直到13岁的时候，她才被发现、解救出来。她的精神分裂症父亲并不说话，所以在获救前Genie没有语言经验。
科学家安排了全世界最好的语言教育家去教Genie语言，专门安排了博士生去跟踪Genie的语言能力发展。在七、八年长期的训练之后，结论是Genie能够说的最长的句子是两个词，只能得到这样的结果。这就告诉我们──如果过了关键期你不学某些能力的话，会有很大的问题。
脑子受了损伤，记忆也会出问题
HM因为严重的癫痫，在20多岁时，医生把他会产生癫痫的部分脑区摘除──几乎全部的海马区都给拿掉。手术后，人们马上发现HM这个病人他已经不再是HM──他无法形成新的记忆，手术之前的记忆还在，但是从此无法形成新的记忆。所以后来照顾他的新进护士医生，每次见到他都必须向他自我介绍；即使你出了房间去喝了杯咖啡，五分钟以后再回来，他就完全忘记你是谁了。
Howard Eichanbaum教授在读博士生的时候研究HM，他的任务之一就是每天早上开车去把HM接到医院研究。有天Howard Eichanbaum喝了杯McDonald’s的咖啡，开车时候把这个咖啡放到前面车窗那边，HM一看到这个杯子说：唉，我小时候有一个朋友，叫McDonald，他和我是很好的朋友，我们一起打棒球，打的非常好，有很多很好的故事……这是一个很愉快的交谈过程。
这个交谈过程结束了，HM看了窗外一会，回来又看到这个杯子──我小时候认识一个朋友叫McDonald的，我以前和他是一块儿打棒球，打的非常好，我们有很好的故事……一模一样的故事又讲了一遍。结束以后，他又看了会窗外，一会儿又看见了这个杯子──我小时候有一个朋友叫McDonald，我以前……同样的故事，又讲了第三遍。讲到第三遍的时候，Howard Eichanbaum就偷偷的把这个咖啡杯拿下来，放到自己座位里面，要不然他这一路上会一直讲这个故事，这是一个典型的例子──告诉我们“海马区”多么重要。
HM的父亲在他手术一段时间之后去世，HM每次听到父亲去世的消息，都非常悲痛，每次都处在同样的巨大悲痛之中。所以，如果我们无法形成新的记忆，我们就不再是以前的自己了。
记忆分不同类别
比如说HM的长时间记忆有很大的问题，但是他可以和Howard Eichanbaum很好地进行对话，表示他的短时间记忆或工作记忆没有问题。
在长时程记忆里分成“陈述式记忆”和“非陈述式记忆”。HM主要是陈述式记忆出问题，也就是可以被陈述出来的事情──一个事实或者一个场景。
“非陈述式记忆”比如“运动记忆”── 经过学习而能骑自行车这类的记忆──HM他是可以学会新的运动技能的，做的非常好，但是他拒绝承认自己学过。所以“记得自己学过”是个陈述式记忆；但是“学这个动作本身”是个非陈述式的记忆。所以记忆分不同类别。
记忆的核心原理
人脑大概有850亿到1000亿个神经元，通过一千个到10万个突触，来形成突触联系以进行交流。
图上左边就显示了几个神经元的样子，它们长得很大、天线一样的形状，就是接受输入的地方；它们还长出很纤细的、很长的叫“轴突”结构，来传输信号，而接受这个信号的地方就叫做“突触”。
突触可以被神经元自己的活动来调控──当神经元活动按照一定的规则来运行的时候，突触活动的强度会被增强或者减弱，在学习的过程中，这种突触活动的增强或减弱是可以被观察到的，而且如果你阻止这种活动的改变，那么会影响学习。所以一般认为，突触的改变是我们学习记忆的核心机制。
学习记忆怎么被提高
学习记忆是可以提高的，怎么被提高呢？就是“记好多次!”Ebbinghaus第一个研究记忆心理学的一个科学家，他发现：x轴显示的是人在一天之前，学习一些材料所做作的学习次数；Y轴就是在一天之后，重新学习又要需要多长时间。可以看到如果你学的次数越多，那么第二天你就花越少的时间来学会，就说明学习次数多，就记得好，所以勤奋是必要的。
还要“睡得好”!人睡眠的时候，大脑会有“慢波”──上图显示的每一个小的波动就是一个慢波，在全脑里面是很大尺度的神经元活动──德国科学家发现，如果你在人睡眠的时候，在脑子里面引发这种慢波，那么可以记得更好。
李澄宇认为在一定程度上，其实“我们就是我们的记忆”，更多的记忆的奥秘等待人类发现!
出品：中国科普博览 SELF格致论道讲坛
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