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因为钢铁侠埃隆·马斯克,脑机接口的话题,又火热了一阵。为什么要研发脑机接口?解决「记忆」难题,是原因之一。下文,就与你聊聊关于记忆的话题,记忆是怎么出现的?我们的记忆可靠吗?每个人都会遇到记忆问题吗?那些在我们脑海中消失的记忆,去哪里了?未来,人类的记忆可以备份吗?这些问题,是否让你充满好奇与疑惑了呢?一起来看吧~
 
作者丨造就
 
8 月 28 日,在万众瞩目之下,埃隆·马斯克(Elon Musk)在 YouTube 直播上展示了 Neuralink 公司的脑机接口。
 
Neuralink 的脑机接口装置长得像一枚硬币,一侧延伸出细细的导线,被嵌入颅骨中。
 
导线会被嵌入大脑表面几毫米处,可以检测神经元何时触发,或发出电信号触发神经元。
 
一头名为格特鲁德(Gertrude)的猪,在两个月前被植入了脑机接口,与鼻子相连的大脑区域信号会被记录下来,通过低耗电蓝牙技术发送到手机。
 
对于为什么要研发脑机接口,马斯克表示因为随着时间流逝,几乎每个人都会出现某种神经系统问题,包括记忆力减退等疾病,他想改变这一切。
 
马斯克还提出了对未来的畅想:「将来,你将能够保存和恢复记忆。」
 
「基本上,你可以把记忆存储备份,然后恢复这些记忆,还可以把它们下载到新的身体或机器人主体中。」
 
我们的记忆如此神秘复杂,真的可以如马斯克所说的那样,通过脑机接口装置实现复制粘贴吗?
 
要回答这个问题,我们必须先了解什么是记忆,记忆如何形成等基本问题。
 
在进入正文前,让我们先闭眼回想一下那些让你印象深刻的事。
 
第一次赢得比赛的夏天,有蝉鸣、有青草、有热得烫手的奖杯;
 
意识到自己坠入爱河的那一天,人山人海都沦为背景,你眼中只有她站在那里朝你浅笑的模样;
 
第一次面试失败,挤不进去的电梯和大雨瓢泼时自己的狼狈样子;
 
那年突发水痘时,妈妈的悉心照料和饭菜的香味;
 
…..
 
似乎每一个记忆都不是单一的,当你重新构建它时,你会记起那个味道、那个场景,甚至那句话、那个眼神。
 
记忆如此美好而深刻,那么你想过这些问题吗?
 
记忆到底是一个信号、神经元,还是?我们能相信自己的记忆吗?
 
失忆是概率问题还是不可避免的疾病?
 
为什么年龄大了记忆力好像就衰退了?
 
那些消失的记忆最终去哪了?
 
01 记忆是怎么出现的?
 
显而易见,我们通过「学习」,可以记住某些东西(也可能很快忘记)。
 
比如我们在野外碰了某种植物,导致皮肤瘙痒,那么下次再看见这种植物时,我们很自然就会绕开它。
 
数百年来,虽然各个领域的科学家们都在试图寻找能够解释记忆的标准答案,但毫不夸张地说,人类的学习和记忆是现存进化程度最高也最复杂的生物加工过程。
 
人类自身在不断进化、科学也在迅猛发展,因此人们对记忆的认知也是一步步被完善和更新的。
 
在神经科学出现之前,记忆似乎是一个玄学,人们只能从心理学、哲学方面去解释这个现象,直到神经生物科学出现。
 
目前的主流观点是「神经元学说」,认为记忆是在神经细胞间联结的动态变化中得到的编码。
 
也就是说,记忆的形成是由很多神经元互相连接,互相作用而形成的。
 
研究记忆的奥秘,首先要提到的就是科学家埃里克·坎德尔(Eric Richard Kandel),他成功建立了海兔的学习和记忆行为模型,从而系统地揭示了学习记忆可能的细胞和分子机制,他也因此获得了 2000 年诺贝尔生理学或医学奖。
 
坎德尔坚信生命具有统一性,所以学习和记忆的最基本形式对于人、其他哺乳动物乃至无脊椎动物都是一样的。
 
经过慎重考虑,他选择了头脑简单、神经大条、明显有缩鳃反射的「海兔」来着手研究记忆存储最简单的形式。
 
实验发现海兔有短期记忆和长期记忆,其发生的地点都在神经突触,而神经递质在其中发挥了重要作用。(想要了解更多关于海兔与学习记忆的机制,点击跳转▽《只要大脑的奥秘尚未大白于天下,宇宙将仍是一个谜》)
 
两者最大的不同是,由于刺激时间、强度的不同导致细胞核是否会再合成新的蛋白质。
 
假如再次合成了,它就会导致突触的形状和功能发生改变,也就是所谓的「突触可塑性」,形成长期记忆。
 
从这个实验我们看出,人脑之所以能记忆,其根本原因就是因为脑中存储了特定的蛋白质分子,也就是所谓的「记忆蛋白」,它是什么,又存在于哪里呢?
 
「记忆蛋白」是人脑中专门存储信息的物质基础,也就是说我们脑海中的知识、经验等都是以「记忆蛋白」的方式存在的。
 
20 世纪 60~80 年代,神经科学家们在人脑的海马体中发现了长时程增强效应(LTP),也就是两个神经元信号传输中的一种持久的增强现象。
 
于是很多人认为海马体可能就是大脑中的记忆中枢,科学界也因此出现了研究海马体的热潮。
 
但后来的研究却发现,在许多神经结构中都存在长时程增强效应,所以到了 90 年代,科学家们不再把海马体看成专职的「记忆中枢」了。
 
如果说海马体不是专门的「记忆中枢」,那么记忆又定位于脑的什么部位呢?
 
中科院生物物理所「脑与认知科学国家重点实验室」研究组长李岩博士表示,从宏观上讲,记忆存在于大脑的神经网络中。神经元之间通过千丝万缕的联系形成一张动态振荡的网络。
 
学习过程是外界信息对这个网络的扰动,当某个扰动嵌入到网络中,微乎其微但确实地改变了原有的振荡模式和反应特征,这就是记忆。
 
那这个扰动如何改变了网络呢?
 
这就谈到了记忆的物质基础,也就是当学习发生时究竟是什么东西改变了。
 
从微观角度来看,神经元不仅具有响应刺激并传导信号的能力,它还具有把这个过程记录下来的能力。
 
神经元合成了一些新蛋白,改变了一些精密的结构,让一些受体和通道蛋白内吞或在细胞膜上重新定位,或是产生蛋白修饰等,进而引起突触联系的增强或减弱,乃至调整神经投射的生长和分支。
 
这样的改变不只发生在一个神经元或是几个突触上,是网络中一个大范围内的神经元和突触的协调性的变化,共同参与了网络振荡特质的调制,这就是为什么记忆是广泛存储的。
 
02 自己深以为真的记忆可靠吗?
 
最早意识到自己记忆不可靠的科学家之一是德国心理学家雨果·芒斯特伯格(Hugo Munsterberg)。
 
他在旅途中得知家中失窃,赶紧回家检查,之后被警察要求提供在家中发现的证据。
 
他向法院提供了详细的叙述,包括在二楼看见蜡烛的痕迹,被窃贼用纸包好以便运输却被遗忘在餐桌上的大壁炉中,而且证据表明,窃贼是通过地下室的窗子进入的。
 
芒斯特伯格肯定地写了一份详细的证词,因为作为心理学家,他习惯性地养成了细致的观察力,且引以为傲。
 
但结果证明,他的证词充满了错误。
 
不能相信自己记忆的原因在于「记忆是一回事,回忆又是另一回事」。
 
人将某一个场景保存到大脑形成记忆,但当你回忆这段记忆时,却不像打开文件一样简单。
 
因为人们在回忆的同时也在记忆,这就导致了知识的更新,大脑自动用回忆把原来的记忆覆盖掉了。
 
一旦在回忆的某一刻发生了偏差,记忆就错乱了,大脑为了让你自己以为正确的,甚至会自己想象出一些没有的场景加以修饰,融合到记忆里。
 
你也许会惊讶,为什么自己从来没有注意到记忆曾经出现过错误呢?
 
答案是,我们几乎没有一份精准的记录可以用来做对比。因为没有参照物,所以没有理由怀疑自己记忆中的细节。
 
03 每个人都会遇到记忆问题吗?
 
未来有一天,你会遇到记忆问题吗?
 
或者此刻看文章的你,正在遭受记忆问题的困扰吗?
 
很多人认为记忆力出问题只是疾病的结果,或者是老了才会有的问题。但,事实上很多人从二十几岁开始记忆衰退。
 
目前学术界比较公认的研究结果来自脑科学家丹尼斯·帕克(Denise C. Park)之前做的一项实验,结果显示从 20 多岁~90 岁之间,各种记忆和信息处理的速度均几乎呈线性下降。
 
各种记忆和信息处理的速度均几乎呈线性下降
 
为什么很多年轻人不会感觉记忆发生了变化?
 
帕克的解释是,年轻人虽然记忆力下降,但完全能够应付日常生活。打个比方,假如你每个月消费 4000 元,20 岁时月薪 10000,30 岁时月薪 8000,虽然金额下降了,但仍然完全够花。
 
当然,并不是所有记忆能力都随着年龄增长而下降,比如个人知识是难以被遗忘的。
 
研究表示,伴随着年龄增大出现的记忆困难,是因为那些向我们大脑输送信息的路径随着时间退化了。
 
也就是说,记忆的整个过程 「学习或者经历、以记忆蛋白的形式存在大脑中、提取记忆」需要调动大脑内部的众多神经递质。
 
而人的年龄慢慢上去,大脑内部不同程度地会发生了一些脑改变,严重的还有脑萎缩,这就导致记忆存储、提取的物质基础发生了改变,因此回忆过去很简单,但要记住刚刚发生的事情却很难。
 
这样看起来,我们每个人似乎都会遇到记忆问题,或早或晚,这是正常的生理现象,不必过于恐慌,我们可以通过不断思考,调动大脑运动,同时保持健康的生活方式来延长问题到来的时间。
 
但有一种疾病跟记忆力相关,破坏性极强,且不断恶化,那就是阿尔兹海默症(AD)。
 
对于绝大多数人而言,告别是一种短暂的、甚至有时很突然。
 
但对他们来说,告别是漫长且未知的,从彼此相识、相知……再到漠然而视、不知面前是何人。
 
阿尔茨海默症,又称老年痴呆,它不是自然衰老的正常表现,而是一种影响记忆和心智的脑部疾病,从记忆丧失发展到丧失推理、语言、决策、判断力和其他关键技能,最终无法正常生活。
 
| 为什么有的人会得阿尔兹海默症呢?
 
大脑神经网络本身是一个非常复杂、实时运作、磨损率高的器官。
 
同时,每个人基因组的蛋白易感性不同、神经元活性不同,因此得阿尔兹海默症的可能性也不同。
 
| 如何区别「自然衰老记忆力下降」和「阿尔兹海默症」呢?
 
目前没有任何单项检测能够实现对阿尔兹海默症的诊断。
 
医生首先需要进行专门的记忆检测,确定记忆丧失是不正常的,而且症状模式与 AD 相契合,然后再排除可能引起相同症状的其他疾病,比如药物副作用、酒精滥用、抑郁等。
 
还有一种记忆问题就是「失忆」。
 
不论电影还是电视剧,我们总能看到剧中人因为遗忘了过去,而展开各种新故事。
 
| 那些因为车祸、疾病造成的失忆桥段有科学依据吗?
 
李岩表示,有时候因为一些重大灾害,比如车祸,有些人会有部分记忆消失的情况,但绝对不是只要出了车祸就会失忆。
 
失忆出现的概率主要取决于外界刺激的强度,也取决于这个人的脑神经网络的具体特质,即网络振荡是否稳定而能控制外界刺激的影响不过于广泛和持续。
 
如果网络振荡可控性较弱,强刺激就可能引起部分脑区网络的过激反应。
 
就像电脑非正常重启可能导致部分硬盘损坏一样,网络中的强振荡可能把原来正常的弱信号掩盖掉,因此可能出现失忆。
 
| 失忆之后能不能恢复?
 
「我认为是有可能的。这就像在搜索引擎中‘检索’一样,有时候你想不起来,或许是索引与这个记忆中其他信息的联系太弱了,又或这个索引产生了与强刺激中其它记忆更强的关联。
 
但是如果别人提醒一下,也就是加了一些原有记忆的其它索引进来,你可能就想起来了。」李岩说。
 
| 从神经科学角度来看,「失忆」到底是怎么回事?
 
李岩表示,谈到失忆,有两类记忆减少的过程:「擦除」和「遗忘」。
 
「擦除」是一种外界介入式的主动过程,相当于利用外界操作把一些记忆进行了更正。
 
比如戒毒这件事情。对于瘾君子来说,毒瘾其实是一个比较强的记忆,会引起脑内的多巴胺的强释放,人就记住了这种物质和愉悦感受相关。而让他不再碰这种物质,他就会沮丧、难过。
 
戒毒就是通过一些信号勾起对毒品的记忆,再利用行为学和药理学等方式把奖赏性的联系擦除掉或增加负性感受。
 
「遗忘」以前大家都认为它是一种相对被动性的消退过程,但最新的一些研究表示,它其实是神经系统内部的一种主动清理的过程,主动把一些不那么重要的记忆弱化,不进入长期存储的记忆类型,或者让它存在感变低。
 
不论是擦除还是遗忘,在网络层面上都是和某个记忆相关的那些反应变化被弱化了,或被其它更强的变化所压制了。
 
而失忆通常是指重大变故或事故,或者灾难性事件后,以前的记忆全部或部分的丧失了。
 
这很可能是强的刺激对神经网络产生了广泛而又剧烈的扰动,覆盖了原有的微小的记忆痕迹,使得原有的记忆不再能够被检出。
 
04 那些消失的记忆去哪了?
 
你可能会记得上个月公司聚餐时你跟谁聊天了,却想不起聊啥了;
 
记得太多东西有时可能也不是件好事,比如对于创伤后应激障碍者来说,会一直陷在痛苦中;
 
完全失忆也是个问题,比如阿尔茨海默症最后会完全丧失生活能力;
 
那些消失的记忆到底去哪了?换了个地方存储还是不存在了?
 
从生物学的角度来看,脑细胞蛋白质的更新速度决定着记忆力的水平,也就是说人类所摄取的新信息就存储在脑细胞新合成的蛋白质内,一旦相关蛋白质水解,记忆也就不复存在。
 
拿婴儿作为例子,人们基本都不记得自己婴儿时期的记忆,这是因为新生神经元会淘汰掉旧神经元,这时记忆也被抹去了。
 
需要注意的是,虽然我们说的是神经元,但神经元的主要组成依然是蛋白质.
 
也就是说,本质上是蛋白质的分解导致了记忆的消失。
 
总的来说,短期记忆是以神经元之间的回路储存记忆的,当新的神经元代替了旧的神经元,记忆就消失了,但是其本质依然是组成神经元的蛋白质的分解。
 
长期记忆是结合蛋白质储存的,这样的蛋白质稳定而长久,但是一旦遭到破坏被分解,记忆依然会被遗忘。
 
在一个理想的状态下,我们应该能及时追踪每个神经元的行为,但科学家们仍然正在为绘制一幅完整的大脑静态图像而奋战,相信这只是一个时间问题,就像记忆本身一样。
 
05 未来,人的记忆可以复制备份吗?
 
记忆复制,曾多次出现在一些影视作品中。
 
比如《哆啦 A 梦》中,把记忆面包印在书本上,然后把它吃掉,知识就会存在你的脑海中了;科幻电影《黑客帝国》里的一幕:女主角向机械程序发出指令,要求将飞行员的记忆下载至自身的大脑中……
△ 《黑客帝国》剧照
 
这是编剧导演们虚构出来的剧情设定,在现实生活中,人的记忆真的可以通过复制粘贴,重新植入吗?
 
2016 年,美国 SXSW 大会曾做过这样的一个实验,以猴子和小白鼠作为实验对象,利用人造海马体成功地人工实现短时记忆向长期记忆的转变过程。
 
此项实验震惊了生物界,从某种意义上看,人类已经完成了记忆的复制备份。
 
目前,此项的实验成果正处于完善的阶段,能否应用于人体,还要看待最后的成果。
 
不过,不少专家对记忆备用提出了疑虑:要如何避免法律风险,保护个人隐私?我们要全部复制记忆吗?如何筛选哪些是好的,去除不好的记忆?
 
任何一项技术的发展或许都会有利有弊,等到真的可以复制记忆的那一天,你,会想要这样的永生吗?
 
本文转载自微信公众号「造就 」(ID:xingshu100),发现创造力,如需转载请联系原作者。
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