徐林研究员,中国科学院昆明动物研究所
人类大脑是由上千亿个神经细胞通过更多数量的突触相互连接形成的庞大神经网络。过去这一世纪神经科学最突出的进展是揭示了突触的功能和结构均具有高度的可塑性,在学习记忆过程中起着关键作用。
记忆和遗忘是矛盾的对立统一。假如我们有超强的记忆能力,不管事情的轻重缓急、细巨大小都储存为长时程记忆的话,那么我们的大脑就会被众多无用的记忆信息所淹没,难以形成有效的学习和思维方式。如果发生选择性遗忘,那么人们就更加清楚自己真正喜欢什么、想做什么。
病理性超强记忆可导致系列“忘不了”为特征的脑疾病,如焦虑症、抑郁症和创伤后应激综合症等。创伤是指精神上的创伤如战争、灾害、地震、受虐待等。人们经历了或目睹了不可逃避的创伤事件,大脑很容易把这种记忆牢固地储存下来,因为这符合‘适者生存’自然法则的本能行为。
这种牢固的痛苦记忆能够突破人们的意识控制,不管是否愿意都会闯入人们的回忆中,还会过度地泛化为对中性或安全事件的焦虑、恐惧或回避反应。大约有20%的人群会易感创伤后应激综合症,从而失去正常生活和工作能力;而参加伊拉克战争的美国士兵患创伤后应激综合症的患病率甚至更高。因此,揭示“忘不了”、过度泛化、下意识闯入等机制、寻找新的治疗策略消除痛苦记忆或控制它们的下意识闯入具有重要的科学意义和社会经济价值。
早在 1885 年 Ebbinghaus ﻪ就在自己身上做了一个实验,他背诵打乱了顺序的多位数字,在学习后的不同时间回忆这些数字。他发现刚刚学习完时能100%地正确回忆这些数字,但是在 24 ﻪ小时内大部分记忆已经不再正确,仅剩下约20%
的正确记忆能够维持到 31 天。随后科学家们提出了许多理论去解释这个遗忘现象,例如记忆随时间被动遗忘或因学习记忆干扰而遗忘。
一直以来这些遗忘的心理学理论没有生物学实验证据。1998 年我国学者徐林等发现动物进行新颖环境学习时,已经增强的海马突触效能变为迅速消退 。为此心理学家 ﻪWixted 发表了评论,认为这一发现支持了干扰遗忘假说。
那么,我们有可能主动地忘掉痛苦记忆吗?清华大学钟毅实验室的最新发现支持了这种可能性 ﻪ。他们发现一种蛋白质的激活或关闭可加快遗忘或不能遗忘。即使是新学习产生的干扰遗忘也服从这种蛋白质激活的规律。海马是这种 ﻪ蛋白质表达最丰富的脑区之一。徐林实验室的甘平博士发现,伤害性刺激或应 ﻪ激激素均能短暂地关闭海马这种蛋白质的激活,也就是关闭了遗忘的分子进程,这为理解为什么痛苦记忆通常都难以遗忘提供了新证据。
神经科学家 Goldman-Rakic等人还提出了工作记忆的假说,认为灵长类前额叶皮层的神经元在任务延迟期保持持续的活动,是工作记忆的关键机制。
上海神经所李澄宇实验室发展了一种几乎全自动训练小鼠完成嗅觉工作记忆的实验范式和设备,发现在工作记忆任务的初期阶段,小鼠内侧前额叶神经元活动负责了延缓期的信息保持,沉默此时前额叶神经元活动就损伤工作记忆任务的准确性。这与 ﻪGoldman-Rakic ﻪ的假说高度一致。然而,当小鼠已经很好地学会了工作记忆任务后,在延缓期沉默这些内侧前额叶神经元活动则对工作记忆任务毫无影响。而且在工作记忆的决策期间,内侧前额叶神经元活动则负责了学习后期和完全学会后的任务执行。因此,该研究揭示了一种全新的活动规律,即内侧前 ﻪ额叶神经元活动负责初期新工作记忆任务的保持,为随后的决策提供关键信息。
实际上,工作记忆是我们大脑高速运转时需要的一种特殊“在线”记忆。工作记忆在其它脑高级功能中如注意、执行功能等也起着关键作用。最近进展表明工作记忆还可能监管了短时记忆转化为长时记忆的过程。总的来说,工作记忆是对外界信息和长时记忆进行“在线” ﻪ加工和短暂保持,但容量有限需要迅速更新,在注意、思维、决策等脑高级功能中起着关键作用。
这些脑高级功能是人类智慧的根本基础,其功能紊乱涉及诸多脑疾病如自闭症、精神分裂症、焦虑症、抑郁症等。研究这些脑高级功能的工作原理,不仅是理解大脑之谜的基本前提,也是发展新途径治疗这些脑疾病的必要基础。