人类大脑是一个由约140亿个神经元组成的繁复的神经网络。就像在基因密码破译之前人们只能通过基因的表型间接了解遗传信息一样，迄今为止，脑科学家们对大脑功能的解读只能通过对行为的测试来间接检测记忆的形成。此次突破使科学家有可能通过检测大脑编码单元的活动状态，直接解读大脑在学习过程中记忆的形成。  

        在与记忆密切相关的大脑结构中，“海马”（因其形似海马而得名）发挥着举足轻重的作用，它负责将人们新的经历转化为长期的记忆。“海马”受损的病人，对眼前刚经历的事毫无记忆，这样的病人会日复一日津津有味地阅读同一张旧报纸，而自己还觉得是在看新闻。1999年，钱卓和其领导的研究小组正是通过调节小鼠的海马和前脑中的NR2B基因，在美国普林斯顿大学制造了著名的“聪明鼠”，揭示了学习与记忆过程中的重要分子机制。  

        那么，记忆在神经网络的层次上又是如何编码的呢？换句话说，记忆在大脑中的物理形式是怎样的呢？为了获得这个对揭示大脑工作原理至关重要的答案，林龙年与钱卓一起运用最新的高密度多通道在体记录技术，以小鼠为对象进行了一系列的研究。  

        小鼠海马脑区只有半粒米大小，在它的CA1细胞层大约有紧密排列的20万至30万个神经元，为了尽可能多的观测到单个神经元的活动情况，研究小组研制了世界上最轻巧的精细微电极推进器，把96根比头发还细得多的微电极插入小鼠的海马区域，成功地记录到了多达几百个神经元的活动情况，而传统的方法在小鼠上只能记录到几个至二十几个神经元。“这一步非常重要，”林龙年介绍说，“假如只能观察到几个神经元，就谈不上是对神经元群体的编码进行分析。”  

        接下来，研究人员设计了几种新颖的行为模式来研究小鼠的神经编码，一种是在特定环境中给小鼠背部突然吹上一阵冷风，小鼠对这样的刺激会感到惊恐。另一种有趣的模式是，把小鼠放在特制的小电梯中做自由落体下降，小鼠对这种极其刺激的经验也会印象深刻。“由于这些经历能够产生令人难忘的记忆，我们猜想大脑中会有许多神经元参与这些记忆的编码，因此我们希望通过巧妙的实验设计与新记录技术的结合，来探索和破译大脑编码的奥秘。”钱卓说。  

        其后的实验观察发现，在海马的神经元网络中有许多神经元对这种惊吓刺激果然有着各种各样的放电反应。根据它们的反应特征，研究人员发现这些神经元组成了记忆编码的神经网络单元。更有意义的是，这些编码单元通过它们的激活状态可以把任何一种惊吓经历转化成一串二进制数字，这种数字化的编码形式使得科学家们能够对不同的个体乃至不同种群动物的大脑编码活动进行直接的比较和分析。  

        “大脑记忆系统这种精美的操作设计令人叹服，我们认为大脑很有可能利用同样的原理来完成其他一系列的高级认知功能。”钱卓说，“这项研究工作得到了国家‘973’项目、教育部和上海市的支持，同时为华东师大脑功能基因组学研究所今后在脑认知科学的前沿领域进行进一步探索提供了坚实的基础。”



        戴上一顶非常精密的“仪器帽”，就能在电脑显示屏上清楚地“读”出你在想什么———这种科幻片中常常出现的情景，昨天就在华东师范大学脑功能基因组学研究所上演。不过，戴“帽子”的是灰色小老鼠。  

　　该研究所林龙年副教授与美国波士顿大学钱卓教授合作，在世界上首次发现了大脑记忆的编码单元，并使人类能够通过仪器监控直接看到大脑在学习过程中是如何形成记忆的。这一重要研究成果发表于最新一期的《美国科学院院报》(ProceedingsoftheNationalA-cademyofScience)。  



　　获取大脑密码小鼠主演“恐怖片”  

　　为了获取大脑记忆的“密码”，科学家设计了一个简单的“恐怖片”，让几只试验用的小鼠充当主角。  

　　首先在小鼠头上戴一个特殊的“帽子”———这是研究小组研制出的世界上最轻巧的精细微电极推进器，96根比头发丝细得多的微电极就插在小鼠大脑的海马区域，这里是形成长久记忆的关键区域。这些微电极能够记录到小鼠260个脑神经元的活动情况，并将其显示在电脑屏幕上。  

　　然后，科学家设置了三个恐怖情节。一是“月黑风高夜”，就是在特定环境中给小鼠背部突然吹一股冷风，让它毛骨悚然；二是“电梯失控下坠”，就是把小鼠放在特制的小电梯中，做自由落体下降，猛然着地；三是“地震刺激”，小鼠被放在特制小电梯中，然后电梯突然猛烈地左右摇晃。  

　　“由于这些经历能够产生令人难忘的记忆，我们猜想大脑中会有许多神经元参与这些记忆的编码，因此我们希望通过巧妙的实验设计与新记录技术的结合，来探索和破译大脑编码的奥秘。”钱卓博士说。  



　　破译大脑密码“读”懂小鼠所“思”  

　　事实证明科学家的设想是有道理的。科学家们发现，小鼠每次经历“险境”时，在海马区域的许多神经元对这种惊吓刺激果然有着各种各样的放电反应。而且，研究人员发现，一小撮神经元能够组成记忆编码的神经网络单元(codingunits)，对于相同的刺激，这一小搓神经元的反应基本相同；而对于另一些刺激，这一小搓神经元可能毫无反应。  

　　很显然，现在可以推断出这些不同的神经网络单元可能对应不同的感受，但是，要真正“读”懂这个小鼠的“想法”，难度非常大。林龙年也认为，要读懂这些密码是整个实验中最艰难的部分。  

　　科学家们通过这些编码单元的激活与否，把每一种惊吓经历转化成一串二进制数字，这种数字化的编码形式使得科学家们能够对不同的个体乃至不同种群动物的大脑编码活动进行直接的比较和分析。  

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