互动科普

丧失记忆的原因

撰文  詹姆斯·J·尼里姆 （James J. Knierim）

翻译  王雯雯

2001年的悬疑恐怖大片《记忆碎片》（Memento）中，男主角雷恩尼（Lenny）由于脑部受伤，无法记住极短时间——如1分钟前发生的事情。这类健忘症叫做“顺行性健忘症”（anterograde amnesia），是神经学家和神经精神病学家熟知的一种病症。就像雷恩尼一样，顺行性健忘症患者记得大脑损伤发生前的生活经历，却无法对大脑损伤后的任何事件形成持续的记忆。即使努力回忆，他们自身的记忆还是停留在大脑损伤前。

雷恩尼的记忆障碍，很可能是因为大脑海马体受到了损伤。海马体对记忆功能具有关键作用，数十年来的研究已经表明，海马体和周围大脑皮质的功能不仅仅是将我们经历的各种事件与时间顺序相联系，它和一系列新发现的位于周围皮质内的栅格细胞，同时也对我们在空间中的位移进行着定位。通过这样的定位，大脑将获得事件发生环境的丰富信息，从而更好地记忆。这不仅是一个有趣的新发现，也是具有历史意义的重要突破。

大脑是如何产生及存储个人生平记忆的呢？这个问题已经困扰科学家、哲学家、以及作家们几百年，直到50年前，科学家们才在大脑中鉴别出一块记忆必需的区域——海马体。它的作用是在1953年被确认的，发现者是美国康涅狄格州哈特福德市的一位外科医生威廉·斯科维尔（William Scoville）。当时他正在试图治疗一个名为H.M.（姓名首字母缩写）的病人的癫痫症。他切除了H.M.大脑中的绝大部分海马体，发现患者因此无法再形成新的主观记忆。从那时起，H.M.的案例，连同其他动物研究一起，成为了海马体具有编码记忆、记录我们人生的时间轴这一重要功能的理论依据。

20世纪70年代，新的发现导致了另一项理论的诞生：海马体这一大脑构造同时也记录着我们的空间位移。1971年，英国伦敦大学学院的约翰· 奥基夫（John O'Keefe）和乔纳森·多斯特夫斯基 (Jonathan Dostrovsky)发现，海马体中的神经元呈现方位特异性的放电现象 (place-specific firing)。奥基夫口中的“位置细胞”（place cells）,也就是海马体中的某些神经元，会在实验老鼠到达某一特定方位时被激活，产生动作电位（action potential,神经元用以传输信息的电流脉冲），而当老鼠转移到其他位置时，则保持沉默。每个位置细胞只能被一个特定的空间位置激活，就像安置在走廊某块特定瓷砖上的防盗电铃一样。随后，研究人员在对包括人类在内的其他物种的研究中，也有类似的发现。

这一重大发现启发了奥基夫和林恩·纳德尔（Lynn Nadel），他们提出海马体是大脑对环境的感知映像，即“意识地图”（cognitive map）存在的神经位点。海马体的位置细胞能够辨识并组织事件发生时所处位置和其他环境信息，这些信息为该事件的不同方面构建了相互联系的框架，使此后的回忆成为可能。

这一观点已被争论了许多年。人们正在形成共识：海马体的确为事件记忆（episodic memory）提供重要的空间环境信息。当你回想起过去的事件时，你不仅仅会记起人物、事物和事件，也会记起事件发生的时空环境，以便从许多具有相似成分的事件中将此事件区分出来。

找寻原因

虽然相关研究已经数不胜数，但对于海马体是如何创建事件环境映像的精确机制，科学家仍然没有找到答案。主要的障碍是我们对向海马体提供信息的大脑区域所知甚少。早期研究认为，位于海马体附近以及正前方的大脑内嗅区皮质（entorhinal cortex）能像海马体一样解读空间信息，只是精确度较低。

这一观点现在已经被挪威科学技术大学的爱德华· 莫泽(Edward Moser)、梅-布赖特·莫泽(May-Britt Moser)和他们的同事彻底推翻。他们发现内嗅区皮质中存在着一个惊人的栅格细胞系统。前文提到的位置细胞通常在老鼠到达某一特定位置时放电。与此不同的是，在内嗅区皮质中，各个空间位点的虚拟投影组成了整齐的六边形栅格，当老鼠位于其中任一点时，栅格细胞就会被激活，就像细胞连接在多个规则排列的警报器上一样，能够激活某一特定的栅格细胞的空间方位，以像等边三角形窗格一样准确地排列、组成环境位面。

想象一下，数十个圆形餐盘尽可能紧密地排列覆盖在地板上，每个盘子都与周围圆盘的间隔距离相等；这样的排列与栅格细胞的触发模式相类似。老鼠在地面上绕圈时，每当它走到一个圆盘中心附近，它大脑中的一个栅格细胞就相应地激发放电。同时，其他的栅格细胞也连接在自己的六边形栅格网络上，使这些网格相互重叠。相邻细胞组成的栅格尺寸相似，同时又略有位置偏移。

莫泽夫妇和同事们总结说，这些栅格细胞很可能在老鼠大脑不断更新自身位置感知的机制中充当着重要角色。几乎可以确定，依靠它们提供的基础空间信息输入，海马体才能产生高特异性、随环境条件变化的位置细胞激发放电。

这一发现是大脑活动的单细胞生物电记录研究(single unit recording)史上最重要的发现之一。我在办公室第一次读到这篇论文时，就立刻意识到，这是一篇在神经科学上具有里程碑意义的论文。从来没有人报告过这样一项神经反应特性，就像几何学上的晶体构造一般规则和完美。这怎么可能呢？但是，数据是令人信服的。“一切都将为之改变”。

我的激动情绪一部分来自论文中栅格细胞反应系统的完美无缺，另一部分是因为我坚信，这是人类探索理解海马体形成事件记忆基础原理的重要进步。

栅格细胞让我们踏实地掌握了输入海马体的主要信息来源之一。在此基础上，我们能设计出更加贴近实际的模型，来解释海马体的推算过程。不同的环境会激活不同的位置细胞亚群，而全体栅格细胞在任何环境中都处于活跃状态。栅格细胞绘制的空间地图，是如何转化为位置细胞所编译的环境特异性（或条件特异性）空间地图的呢？

栅格细胞的发现再次有力地说明，海马体和内侧颞叶（medial temporal lobe）为我们提供了极佳的理论模型，来解释对于与感官刺激没有明确联系的外部世界，以及大脑如何建立与之对应的感知图像。没有任何视觉标志、听觉反射、体觉输入，或其他感官感觉，能让栅格细胞在任何环境中以晶体般严谨整齐的结构激发放电。这种放电模式无论老鼠是在熟悉的光亮环境，或者是在陌生的漆黑环境中都相差无几——这必然是纯粹的意识产物。虽然栅格细胞的放电模式经由前庭器官（vestibular）、视觉器官和其他感官的信息输入不断更新并校准，它们并不依赖于外部感官。

有人质疑说，海马体位置细胞也具有相似的独立性。但已知的外部标志对位置细胞的影响，以及它们倾向于在单一位点放电的特性，使得另外一些人反驳说，驱动位置细胞的主要是每个特定地点所具有的可感知空间特征的特定组合。这一论点并不能解释栅格细胞的放电模式。

展望未来

那么，栅格细胞这种动态表现的成因是什么呢？一种可能是，这些细胞通过追踪动物本身的运动，来不断更新物理位点在内部意识地图上的位置。这一信息接着传达到海马体中，后者将这一空间成像与其他与事件有关的信息结合起来，构建出针对每个不同经历相关信息的特定记忆——这正是《记忆碎片》的主角雷恩尼丧失的能力。

栅格细胞的发现让人们无比兴奋。我们期待未来的栅格细胞研究(以及另一个通向海马体的主要输入渠道——侧面内嗅区皮质)能够解释帮助我们记忆自身历史的神经机制——这是建立一个人自我身份认知必要基础的关键过程。