對于不是《神探夏洛克》超級粉絲的人來說，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家JaniceChen對這部英國廣播公司的熱播偵探劇的了解比大多數(shù)人多。當(dāng)觀眾觀看這部電視劇的第一集然后描述其情節(jié)時，Chen能在腦部掃描儀的幫助下監(jiān)視他們的腦子里正在發(fā)生什么。

Chen是美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)的研究人員。她聽過各種關(guān)于一幕前期劇情，即一名女性在太平間和這位以冷漠著稱的偵探調(diào)情的不同描述。一些人認(rèn)為夏洛克·福爾摩斯很粗魯，而在另一些人看來，他并未覺察到這名女性略帶緊張的挑逗。不過，當(dāng)掃描觀眾的大腦時，Chen和同事發(fā)現(xiàn)了一些奇怪的事情：當(dāng)不同的人就同一場景再次講述自己的版本時，他們的大腦產(chǎn)生了極其相似的活動模式。

Chen是越來越多的利用大腦成像辨別同創(chuàng)建和回憶特定記憶相關(guān)的活動模式的研究人員之一。過去10年間，人類和動物神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域強(qiáng)有力的技術(shù)創(chuàng)新正在使研究人員得以揭開關(guān)于個人記憶如何形成、組織和相互作用的基本規(guī)律。

尋找印跡

單一記憶（也被稱為印跡）的痕跡一直無法被追蹤到。美國心理學(xué)家KarlLashley是最早追尋它并將大半職業(yè)生涯用于此項探索的研究人員之一。從1916年開始，他訓(xùn)練小鼠跑著穿過一個迷宮，然后破壞掉它們的大腦外表面——大量的腦皮質(zhì)。此后，Lashley再次將小鼠放到迷宮中。通常，受損的腦組織不會產(chǎn)生太大區(qū)別。年復(fù)一年，小鼠記憶的實體位置變得難以捉摸。Lashley在1950年總結(jié)這項雄心勃勃的任務(wù)時寫道：“在審查關(guān)于記憶痕跡位置的證據(jù)時，我有時覺得必需的結(jié)論是學(xué)習(xí)是不可能的。”

事實證明，記憶是一種分布式的過程，不屬于大腦的任何一個區(qū)域。不同類型的記憶涉及大腦中不同的區(qū)域。諸如海馬體等很多對于編碼和提取記憶至關(guān)重要的結(jié)構(gòu)都位于腦皮質(zhì)外面，而Lashley在很大程度上未注意到它們。如今，大多數(shù)神經(jīng)科學(xué)家相信，特定的經(jīng)歷會引發(fā)這些區(qū)域的細(xì)胞子集放電、改變其基因表達(dá)、形成新的連接，并且改變現(xiàn)有連接的強(qiáng)度。這些變化共同存儲了記憶。根據(jù)現(xiàn)有理論，當(dāng)這些神經(jīng)元再次放電并且重新播放同過去經(jīng)歷相關(guān)的活動模式時，回憶便會發(fā)生。

不過，測試關(guān)于神經(jīng)元組如何儲存和提取特定信息的更高級理論仍具有挑戰(zhàn)性。只有在過去十年間關(guān)于標(biāo)記、激活和沉默動物體內(nèi)特定神經(jīng)元的新技術(shù)出現(xiàn)，研究人員才得以闡明哪些神經(jīng)元構(gòu)成了單一記憶。

加拿大多倫多兒童醫(yī)院神經(jīng)科學(xué)家SheenaJosselyn是幫助引領(lǐng)這一研究浪潮的科學(xué)家之一。她的一些早期研究捕捉到小鼠的印跡神經(jīng)元。2009年，Josselyn及其團(tuán)隊提高了杏仁核（同處理恐懼相關(guān)的大腦區(qū)域）的一些細(xì)胞中被稱為CREB的關(guān)鍵記憶蛋白水平，并且證實這些神經(jīng)元極有可能在小鼠學(xué)習(xí)并且隨后回憶一種將聽覺音調(diào)和足底電擊聯(lián)系起來的可怕經(jīng)歷時放電。研究人員推斷，如果這些CREB水平被提高的細(xì)胞是恐懼印跡的重要部分，那么消除它們將“擦掉”同該音調(diào)相關(guān)的記憶并且移除小鼠對它的恐懼。為此，該團(tuán)隊利用一種毒素殺死了這些神經(jīng)元。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠永遠(yuǎn)忘記了它們的恐懼。

技術(shù)進(jìn)步催生變革

對人類進(jìn)行大腦成像的技術(shù)進(jìn)步，正在使研究人員得以縮小并且觀察構(gòu)成印跡的大腦活動范圍。使用最廣泛的技術(shù)——功能性磁共振成像（fMRI）無法對單個神經(jīng)元成像，但能展現(xiàn)不同大腦區(qū)域的各種活動。傳統(tǒng)上，fMRI被用于挑選對各種任務(wù)作出最強(qiáng)烈反應(yīng)的區(qū)域。但近年來，強(qiáng)有力的分析揭示了人們回憶特定經(jīng)歷時出現(xiàn)的不同的大腦活動模式。“這是認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域最重要的變革之一。”賓夕法尼亞大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家MichaelKahana表示。

一種名為多體素模式分析（MVPA）的技術(shù)的發(fā)展為這場變革提供了催化劑。這種有時被稱為解碼大腦的統(tǒng)計手段通常將fMRI數(shù)據(jù)輸入可自動學(xué)習(xí)同特定想法或經(jīng)歷相關(guān)的神經(jīng)模式的計算機(jī)程序。2005年，還在讀研究生的SeanPolyn（目前是范德堡大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家）幫助主導(dǎo)了一項首次將MVPA用于人類記憶分析的開創(chuàng)性研究。試驗中，志愿者們研究名人的照片、位置和常見物體。利用在此期間收集的fMRI數(shù)據(jù)，研究人員訓(xùn)練計算機(jī)程序辨別同研究每個類別相關(guān)的活動模式。

隨后，當(dāng)受試者躺在掃描儀上并且列舉出所有他們能記住的物品時，范疇化的神經(jīng)特征在作出反應(yīng)前的幾秒鐘內(nèi)再次出現(xiàn)。例如，在說出某個名人的名字前，“像明星一樣”活動模式出現(xiàn)，包括一個處理面部的腦皮質(zhì)區(qū)域被激活。這是關(guān)于人們提取特定記憶時大腦會重訪編碼該信息時所處狀態(tài)的直接證據(jù)之一。“這是一篇非常重要的論文。”Chen表示，“我認(rèn)為自己的工作是這項研究的直接分支。”

融合記憶

隨著新技術(shù)增加了對印跡的了解，科學(xué)家不僅開始研究個人記憶如何形成，還開始關(guān)注記憶如何相互作用并且隨著時間流逝發(fā)生改變。

在紐約大學(xué)，神經(jīng)科學(xué)家LilaDavachi正利用MVPA研究大腦如何對共享重疊內(nèi)容的記憶進(jìn)行分類。2017年，在一項同AlexaTompary（當(dāng)時是Davachi實驗室的研究生）合作開展的研究中，他們向志愿者展示了128個物體的照片。每個物體都同4種場景里的一種配對，比如海灘景色伴隨著杯子出現(xiàn)，都市風(fēng)光同傘配對。每個物體僅和一種場景同時出現(xiàn)，但很多不同物體伴隨著同一場景出現(xiàn)。起初，當(dāng)志愿者將物體同相應(yīng)場景配對時，每個物體都會引發(fā)一種不同的大腦激活模式。但一周后，對于和相同場景配對的物體，在這項回憶任務(wù)期間出現(xiàn)的神經(jīng)模式變得更加相似。大腦根據(jù)共享的場景信息再次組織了記憶。“這種聚類代表了學(xué)習(xí)要點信息的開始。”Davachi介紹說。

得克薩斯大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家AlisonPreston開展的研究顯示，對相關(guān)信息進(jìn)行聚類還能幫助人們利用此前知識學(xué)習(xí)新事物。在一項2012年的研究中，Preston團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一些人觀看一組圖像（比如籃球和馬）并在隨后觀看另一組擁有共同物品（比如馬和湖泊）的圖像時，他們的大腦會重新激活同第一組圖像相關(guān)的模式。這種再激活似乎將相關(guān)的圖像組“綁在”一起。在學(xué)習(xí)期間展現(xiàn)出這種效應(yīng)的受試者，能在隨后更好地辨別出未同時出現(xiàn)的兩張圖像之間的關(guān)聯(lián)（在上述情形下是籃球和湖泊）。“大腦正在產(chǎn)生代表了超出直接觀察范圍的信息和知識的連接。”Preston解釋說，這一過程可在諸多日?；顒又信缮嫌脠觯热缤ㄟ^推斷一些已知路標(biāo)之間的空間關(guān)系，在不熟悉的環(huán)境中導(dǎo)航。同時，將相關(guān)信息連接起來從而形成新的想法，對于培養(yǎng)創(chuàng)造性或者想象未來場景也很重要。