追忆往昔时，脑子在干啥？ 赵思家，UCL神经医学本科、计算机硕士、博士在读 『致毕业季，那些年属于我们的回忆...』 『最后一个夏天，我们就要说再见...』 ... 诶，画风不对啊，赵阿姨，这是要走小清新路线？ 骚年，太天真…… 追忆往昔这么文艺的事儿，肯定不适合神经科学家们。（摊手） 昨天（15 年 7 月 3 日）发的『Nature Communications』上，有两篇还挺有意思。 第一篇是（真的是追忆往昔），由 UCL 的 Prof Fred Spoor 带领的研究团队，首次制作出人类祖先——一千五百万年前的猴子——的大脑 3D 模型。其特征为：特小，『皱纹』（就是大脑沟回）却比想象中多得多。 「图：来自 Nature Communications 7 月 3 日发布的 原文。注: 此为原文的 Figure 1 的部分截图。」 这个发现很有意思，因为在此之前，我们一直都不知道在神经系统进化的过程中，『到底是大脑体积先变大，还是先变得更复杂』。从这个发现来看，是『大脑进化会先变复杂，再增加体积』。啧啧，这『忆』一口气追了一千五百万年。好了，研究细节你估计不感兴趣。在此不提。 另一篇论文，是正儿八经关于『回忆』的，准确地说是 『沉浸式回忆』（这中文词是我生造的，不确定有没有更准确的词语）。 当我们再尝试回忆某一个事件的一个小方面时，如昨天你见了哪些人，在大脑中会重现当时整个的情景，包括一些附带的信息，如 在哪里、他们在干什么、旁边放了怎样的音乐、走过的美女穿了个什么颜色的裙子等等。 当你第一次体验这些时，不同的感知信息进入大脑，激活了大脑的不同区域；而 记忆的中枢 海马区 (hippocampus）将这些激活了的不同区域记录下来并与事件联系起来，然后当『回忆』时，再按相关性一起取出。打一个幼稚的比方，海马区好比一个仓库登记员，将来自不同地区但同时到港的货物一一做了『入库登记』，然后当需要取出时，又按照到港的时间批次一一发出。 正因为 同一事件 / 时间 的 不同方面（如 地点、人物、周围声音等等）在记忆中被联系在一起，当你回忆其中一个细节是，如同 从一张沾满小球的渔网上捡起其中一枚小球一样 （“牵一发而动全一身”）。而这样的过程，叫做 pattern completion （可以翻译成「模式完善」，但我觉得翻译成 「图案完成」比较贴切，就是「完成（一个整体）图案」的过程）。 譬如说，当你回忆起某一个很搞笑的高中老师的时候，虽然只是一瞬，你肯定不仅是想起了 ta 的一张毫无表情的脸，肯定还会有一些相关的但不必要的特征，譬如说，ta 手里拿了一瓶水、穿了一件白色灰领的 T-shirt 等等。正是通过“牵一发而动全一身”的过程，让你能够在得到 某一个特定的回忆指令时，立马能够 沉浸式地想到当时的各种信息。 在这个功能性核磁共振成像 (fMRI) 实验中，当在大脑中回想一个特定的事件时，不同方面，可以在不同大脑区域同时呈现，进而让你的回忆非常的真实生动。 实验扫描了 26 名受试者。在实验过程中，首先，受试者被要求去想象和回忆一系列的『事件』，『事件』包括不同的地理位置、名人和物体或是动物；然后，他们被要求去记住事件中的某一个特别的细节。以一个环节作为例子，想象 『美国现任总统奥巴马在厨房里拿着一锤子』，然后你需要根据我给你的提示，回忆这个场景的细节，譬如说 「奥观海在哪里？」「谁在厨房里拿一锤子？」「奥观海拿着什么玩意儿？」。整个过程都被 功能性核磁共振扫描并记录下来。 扫描结果发现，当你在回忆 「谁在厨房里拿一锤子？」（人物）时，地点和物件相对应的关键大脑区域的活动都会增加。说明 这个研究的重要性在于，它是第一次给 『海马区在回溯记忆时是使用 pattern completion 机制』的理论提供了根本性的脑成像证据。 当然，这个研究的作用不止于 让我们对日常生活中的常用认知功能「记忆回溯」加深了解，同时还会帮助我们更了解 在一些影响记忆的神经疾病，如阿尔兹海默症，中，记忆 到底在哪一个阶段出了什么问题？怎么去治疗它？ 「图：当正在经历事件时，看到「地点」、「人物」、「物体或动物」时，相对应的不同的关键区域（关键是指，不包括所有都会激活的视觉皮层或其他共同的认知能力）。截图于 原论文的 Figure 4(A) 。原文链接：Evidence for holistic episodic recollection via hippocampal pattern completion : Nature Communications : Nature Publishing Group」 「图：回忆时，同时激活的多区域与之前体验时的关键区域一一对应。 截图于原论文的 Figure 5(C) 。原文链接。 黑色线勾画出来的区域就是海马区， 细节请见原文的 figure legend，（需要理解此研究的实验设计）」 想了解理论模型的细节还请自行阅读原论文 (Marr 1971; Hopfield 1982; McClelland, McNaughton & O’Reilly 1995; Norman & O’Reilly 2003)，我「非记忆学徒」就不哔哔了，我是「听觉神经学徒」我骄傲！（实际上就是懒...) 巧的是，这两位教授都教过我... 大一的时候还在前者的隔壁实验室实习了一个多月，也是做 3D 模型... 但是蜥蜴的（摔啊，不长眼的我！）... 后者直接教了我整整一年，两个核心 modules，看过之前关于去年诺贝尔奖的专栏 （2014 年诺贝尔医学奖：大脑的 GPS 系统，对不起，我老是让大家回忆这篇我的『得意之作』，没办法，这可是教我的老师中唯一一个大家都认识的。）的小伙伴应该记得我提到的 Prof O'Keefe 的得意门生 吧？就是这个人！Prof Neil Burgess! 大帅哥 大帅哥 啊！注意，我没有说是老帅哥哦，因为他很年轻啊... References 两篇论文原文： Gonzales, L.A., Benefit, B.R., McCrossin, M.L., Spoor, F., 2015. Cerebral complexity preceded enlarged brain size and reduced olfactory bulbs in Old World monkeys. Nat Commun 6. doi:10.1038/ncomms8580 Horner, A.J., Bisby, J.A., Bush, D., Lin, W.-J., Burgess, N., 2015. Evidence for holistic episodic recollection via hippocampal pattern completion. Nat Commun 6. doi:10.1038/ncomms8462 相关论文： Hopfield, J. Neural networks and physical systems with emergent collective computational abilities. Proc. Natl Acad. Sci. USA 79, 2554–2558 (1982). McClelland, J. L., McNaughton, B. L. & O’Reilly, R. C. Why there are complementary learning systems in the hippocampus and neocortex: insights from the successes and failures of connectionist models of learning and memory. Psychol. Rev. 102, 419–457(1995). Marr, D. Simple memory: a theory for archicortex. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci.262, 23–81 (1971). Norman, K. A. & O’Reilly, R. C. Modeling hippocampal and neocortical contributions to recognition memory: a complementary-learning-systems approach. Psychol. Rev. 110,611–646 (2003). Tulving, E. Elements of Episodic Memory Clarendon (1983). 封面图来自岛国某高校学生的 twitter： https://twitter.com/wakabanana426/status/578858648228622336 转载请私信 ——————————————— 发自知乎专栏「神经科学」
