人類記憶究竟如何形成及提取？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說，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^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：“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)?！?/p>

探索人腦的情景記憶

首先我們來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 萬篇文檔，以量化實(shí)驗(yàn)中所給出單詞的語義信息。

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)問題提供了重要的啟示，即你怎么知道你正在回憶過去，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說尤為重要。

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法辨別記憶和幻覺的根本原因：“（精神分裂癥等患者的）幻覺和妄想，實(shí)際上是被損壞的真實(shí)記憶。它們是通過神經(jīng)記憶系統(tǒng)處理的，就像‘正?！洃浺粯?。理解如何使用這種‘相位差’機(jī)制來修正這些被損壞的記憶很重要?！?/p>

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

（來源：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

來源：學(xué)術(shù)頭條