记忆植入

1999年，广东省高考的作文题目：假如记忆可以移植。当年，此题目一出，在社会引起了巨大的反响。许多人说，这种文体不限，带有科幻色彩的题目，给了学生更多想象的空间。在14年前，记忆移植还被当做小说里的情节，电影中的桥段，所以学生们构思的作文内容也基本都是天马行空的想象。

　　如今，科学家在这个课题上已取得了突破性进展，朝着移植记忆的目标近了许多。麻省理工大学科技网站近日评选出了“2013年10大可能改变世界的创新科学技术”，记忆移植被列入其中。

　　30年记忆研究的新突破

　　美国洛杉矶南加大的生物工程及神经学家西奥多·柏杰（Theodore Berger）博士和他的研究团队，已经花了接近30年的时间，研发仿人脑神经元、模拟人脑处理单一讯号运作模式的硅晶片记忆体。他和他的团队近期宣称，已经破解人类脑部储存长期记忆的方式与记忆码的形态。

　　这个研究成果意味着什么呢？人类想要透过植入芯片、假体的方式来改善大脑记忆的能力，有了可能，不再是科幻小说中的情节。

　　不过，西奥多·柏杰博士说：“我们现在要做的，并不是要把人们的记忆放回他们的脑袋里面。我们是要重新构造产生记忆的能力。”

　　原来，这个记忆植入的含义并不是如同电脑操作般，复制已经存在的记忆粘贴到人类大脑中，而是帮助不能形成、保存长期记忆的病患们，重建大脑记忆区块，恢复保存记忆的能力。西奥多·柏杰说，推展记忆植入研究的构想，来自于想要协助患有严重失忆症的患者。

　　在接近30年的研究过程中，柏杰博士和他的研究小组首先花了10年，研究海马回。海马回是形状像海马一样的神经结构，是记忆存储的基础，长期记忆的存储地。如果没有海马回，或者海马回受到严重伤害，大脑就失去了保留记忆的能力。随后他们探索神经元和电极之间的连接方法。

　　采用导电聚合物代替用金属和硅构制的电极，可以更好地与神经组织兼容；将电极涂上称之为细胞分子的黏合剂，可以帮助脑中神经细胞粘起来；设计电极阵能自动调整电极的位置，使接收的神经信号极大化。

　　由此，他们创建了海马回在各种刺激情况下如何反应的数学模型。

　　柏杰博士根据这个模型，设计了一块具有海马回区域功能的芯片，模仿海马组织发出的图样。这块芯片由一个微芯片和一组32个电极组成。装置的核心是一个运算法则，该法则可破译和复制在大脑皮层中传递的神经密码。电极用来增强和扩展记忆能力。

　　老鼠大脑里的记忆开关

　　2011年，柏杰博士成功将这块芯片，植入老鼠脑内。团队用了很长时间研究老鼠的脑信号，并在芯片中模仿发出相同信号，使老鼠学习更多内容。当然，这些记忆信号也能够保存在芯片内。

　　随后，他又制造了记忆开关。“打开开关，老鼠便拥有记忆。关上开关，老鼠便失去记忆。”柏杰博士这样说。

　　首先，让老鼠学习用压杠杆来获取食物奖励，反复几次，老鼠将这个学习过程转换为长期记忆。

　　在老鼠的活动过程中，研究人员运用植入式的电极探针，记录了老鼠大脑海马回内部两个主要分区之间的活动，这两个亚区被称为CA3和CA1。接着他们给老鼠服药，阻滞CA3和CA1两个区域间信号传递。老鼠便失去了这项长期记忆。

　　研究人员复制出与这项记忆相关的神经信号，设计出一个电子信息系统，能够在大鼠体内模仿与长期记忆相关的脑部功能。人工合成出的这种海马回系统，可以模拟出CA3-CA1的相互作用模式。当这个团队将设备模拟记忆编码功能时，被药物阻滞记忆的大鼠恢复了长期记忆的能力。

　　另外，研究者进一步探索，如果将此修复设备以及与其连接的电极，植入具有完整海马功能的动物体内，这个设备可以对大脑内部记忆形成进行强化，并且增强动物的记忆能力。

　　该研究团队的文章中写道：“这些植入的实验模型研究证明了，有了足够多的关于记忆的神经编码信息，能够识别和增强实时记忆的神经模拟系统，能恢复甚至强化认知记忆过程。”

　　柏杰博士和他的实验室已准备下一步将在人类大脑中实验这块芯片。他在接受采访时说：“在我刚开始这项实验时，许多同行说我是疯子。现在我被当做技术革新的领军人物。我很期待在我的有生之年，能够亲手为深受失忆痛苦的人们重新生成记忆。”

　　记忆与遗忘

　　大约有1000亿个神经元在人类大脑中为记忆工作服务。

　　外界刺激发生时，大脑中每一个神经元都会立即传递电子脉冲，巨大的神经元组织也会有意识或无意识地做出反应。每个神经元通过轴突（输出连线）和树突（输入连线），中间经过突触（轴突和树突之间隙）与多达10万个其他神经元连通，一连串神经活动被触发，形成记忆。

　　人类记忆的过程，基本和电脑处理信息存取的过程类似，分为三个不同阶段。

　　第一个阶段，编码：获得资讯并加以处理和组合。

　　第二个阶段，储存：将组合整理过的资讯做永久纪录。

　　第三个阶段，检索：将被储存的资讯取出，回应一些暗示和事件。

　　随着核磁共振等技术的不断进步，科学家们基本达成了共识，那就是记忆储存在大脑的海马回，甚至可以更加精确地将长期记忆定位于海马区的CA3区域。

　　记忆是人类大脑最基本的功能，所有的推理和决策过程都是在记忆的基础上进行的。

　　为什么记忆不能永久鲜活地存在于大脑中呢？遗忘，就是神经元触发链路模式中，某个重要的神经元无法被触发不能触发的原因现在还没有明确的科学解释，也许是导向该神经元的神经通道由于天长日久没被使用“老化”而不畅通了。

　　艾宾浩斯记忆曲线则证明了，一个（组）“轴突-树突”连接在刚建成时是不稳定的，容易断链；但建立连接后过了一段时间，则连接的稳定性大大加强。特别地，这个“不稳定”不见得是整条触发链，也可能仅仅是某个关键路径上的关键节点。正常情况下，记忆需要不断重复强化，形成长期记忆后，才会比较稳固不易遗忘。

　　所以现在市面上各种各样的记忆法，其实本质上都是一样的：尽可能增加触发器（一串熟悉的数字，一张知识点的关系图，等等），以及强化触发器到信息的映射（在以数字串作为触发器的记忆法教程中，将每个数字映射为一个实际物体的联系常常被用到）。

　　争议和困难

　　西奥多·柏杰博士为海马回建立数学模型，将记忆数字化的研究并没有得到所有人的认可和赞同。

　　有科学家提出，将神经元简单地看作晶体管，将大脑简单地看作是一个超级计算机，是过于简单化了。人脑是远比计算机复杂得多的系统，单就其神经元的结构，工作机理和计算模型也绝不是用计算机就可以解释的。

　　接口技术也是个大问题。

　　目前植入脑中的电极只是精确地观测神经元的工作。电极和芯片要安装到人类大脑中，需要在头骨上钻洞嵌入人脑，要防范感染和损害大脑。常常会和神经元接触不上，某个时刻100个电极的阵列中可能只有一半的单元接触上了。组织创伤或血液可能将电极包起来，电极的位置可能移动或断开，也可能被腐蚀。

　　解密“记忆植入”技术

　　未来通过植入大脑的“海马回”的芯片可重建产生记忆的能力

　　“海马回”结构负责记忆的储存

　　柏杰博士的实验示意图

　　1 通过取食实验让老鼠获得相关记忆

　　2 用药物阻断其已有的记忆

　　3 用人造的海马回系统芯片恢复其记忆

　　4 下一步将计划在人脑中实验该芯片