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海马体(Hippocampus)负责记忆和学习,日常生活中的短期记忆

 青衣问道 2015-02-07
 


海马体(Hippocampus),又名海马回、海马区、大脑海马,海马体主要负责记忆和学习,日常生活中的短期记忆都储存在海马体中,如果一个记忆片段,比如一个电话号码或者一个人在短时间内被重复提及的话海马体就会将其转存入大脑皮层,成为永久记忆。人有两个海马,分别位于左右脑半球。它是组成大脑边缘系统的一部分,担当着关于记忆以及空间定位的作用。

2003年6月,美国哈佛大学(Harvard University)与纽约大学(NYU)科学家共同发现了大脑海马区的运转机制。借着研究海马区神经元的活动情形,研究人员发现大脑叙述性记忆形成的方法。而这个发现对于证明海马区记忆学习的可塑性,也提供了最有力的证据。



人类大脑储存记忆的能量是否存在上限?我们为何能记住那么多事,还不会把它们混淆起来?这些问题一直令科学家们为之着迷。根据发表在PNAS上的一篇论文,挪威科技大学的研究人员测试了老鼠记住若干相似位置的能力。


研究人员让七只大鼠在十一个相似房间里跑来跑去。当自由跑动的大鼠在房间里到处寻找巧克力时,研究人员记录了海马体CA3位置细胞的活性。这些位置细胞在大鼠处于特定位置时才激发。研究人员发现,尽管这些房间非常相似,但大鼠仍然为每个环境建立了相互独立的记忆。

“我们发现这些房间的记忆没有重叠,所有记忆都是完全独立的,”第一作者Charlotte Alme说。“这说明大脑有着非常强的储存能力,能够为不同位置建立独特的记忆或地图。

正因如此,我们才能区别非常类似的记忆,不会产生混淆。”领导这项研究的是今年的诺贝尔奖得主Edvard I. Mosera和May-Britt Moser夫妇。













海马区是是位于大脑颞叶内的一个区域的名称,日常生活的记忆片段——短时记忆就储存在海马区中,并通过重复和强化将部分片段转变为永久性记忆。因此,它的损伤可能会使人无法保存新事,甚至难以回忆旧事。

   海马区的存在只是告诉我们:曾经给你带来欢乐、痛苦、幸福、压抑的那些回忆并不是与灵魂绑定永不磨灭的,它更像是一盒3000片的大拼图,会丢失,也会留下一块不再完整的空白。

   《别相信任何人》里的克丽丝便是拥有这一大片空白的人。十八年前的一次事故重伤了她的脑神经——我不确定是否是她的海马回受到伤害,失去了将短时记忆转化为永久性记忆的机能,她的记忆仅能保存24个小时。每个清晨醒来,枕边人是她本该称之为丈夫的陌生人,镜子中是自己瞬间苍老二十年的面孔,不知道自己是谁,为什么落得如此下场,也没有任何能用以支撑自己的回忆。一天过去,入梦,第二天醒来又是一个全然陌生的自己。

   在周而复始的惊恐和失落中她只能选择相信本——她陌生的丈夫,和一本小小的日记——记录她24小时、48小时、72小时前的记忆,而可惜的是,扉页上有她自己的笔迹“不要相信本”。

   在记忆深邃的汪洋中唯一能抓住的两根救命稻草,居然自相矛盾。

   故事从此展开,克丽丝在心理医生纳什的帮助下回忆起了和本共度美好时光的片段,那的确是属于自己的确实回忆,值得热泪盈眶;但日记本上亲手记录的点滴又在暗示着本对她过往的刻意隐瞒。一边是从海马区中挽救的记忆,一边又是日记本中虚无的凭证,克丽丝就是这样小心翼翼地踏着记忆的碎片向前走去。

   这本书最出色之处就是主体以克丽丝的日记构成,而这本日记恰恰又包含着实体的确定性和内容的不确定性,读者对日记里的克丽丝投以同情,但又时刻对那个克丽丝抱持着怀疑,深怕曲终人散自己也陷入了记忆编织的陷阱。待到日记终结的那一日,我们从噩梦中醒来,来发现原来这种现实和伪现实的矛盾不仅才能在于书中克丽丝的心中,也悄无声息地扎根在我们心里。

   书的结尾,海马区和日记本中间那道无形的屏障终于消失,失去的记忆和挽回的记忆凑成了完整的拼图。而有趣的是与该书题目相反,使克丽丝坚持到最后的力量并非是那句“别相信任何人”,而恰恰因为她心中始终萦绕着爱她的人和她爱的人的羁绊,这种信任终于冲破所有虚伪的表象,无所畏惧地带领她走向真实的记忆。

   就像老狼歌里唱的那样:“一万个美丽的未来,都抵不上一个温暖的现在。”人性对真实的向往,真的令人惊叹。








海马体和杏仁体将喜欢和讨厌组合在一起




杏仁核与其它皮质下中枢一样,也是植物神经中枢,它能调节机体呼吸、心血管、胃肠道等的功能,尤其是情绪刺激伴随的植物神经反应受杏仁核直接调控。


海马回在睡眠中进行着消除不要的记忆,将需要的记忆保留下来的作业。

海 马回的旁边有名为「杏仁核」的组织,是使海马回记忆「喜好或厌恶」的器官。例如看到像蛇一般细长的东西,即使无法立即判断是什么,但是身体会产生直觉性的 反应,向一旁躲开。会有这样的反应,就是因为杏仁核的缘故。在千钧一发之际,杏仁核会立即感觉:「这个令人厌恶!」并做出指令。」

我们所 有的行动,都是根据杏仁核的「喜好或厌恶」的判断,以及海马回的「需要或不需要」的记忆来决定的。头脑掌管这种感性的部分就称为「边缘系统」。另一方面, 掌管理性的则是大脑最表面的「新皮质」。大脑的表面有名为皮质的「思考部分」,而两栖类动物只有一层,因此「不太会思考」。大脑皮层的数目会随着进化而增 加,人类大脑皮层就如地壳般有许多层,因此常「思考过度」。

人类有头和心两个命令系统,新皮质为头,边缘系统为心。分别掌管理性与感性、原则与真意。推测动物是依感性而生存,但人类的社会非常复杂,每个人各依自己的喜好来生存,因此使头脑进化制造出新皮质,以伦理、道德和世上的规矩来约束人类。

例如,为了支撑一家而必须不断的工作。若是在职场遭遇令人不快的事,边缘系统就会记忆起来,只要一听到工作即想到「厌恶!」 但是新皮质却像鞭策自己般命令:「不要太任性,赶快工作!」于是,自己被撕裂成理性与感性两部分,因此会发生突然想工作而飞奔赶搭电车的情形。








由于形状和海马相似,因此被称为海马体(Hippocampus)。


大脑海马区(hippocampus)是帮助处理长期学习与记忆声光、味觉等事件的大脑区域,发挥所谓的“叙述性记忆”(declarative memory)功能。在医学上,“海马区”是大脑皮质的一个内褶区,在侧脑室底部绕脉络膜裂形成一弓形隆起,它由两个扇形部分组成,有时将两者合称海马结构。

海马区的名字来源于这个部位的弯曲形状貌似海马。海马体属于脑的演化过程中最古老的一部分。来源于旧皮质的海马体在灵长类以及海洋生物中的鲸类中尤为明显。相对新皮质的发展,海马体的增长在灵长类动物中的重要作用是使得其脑容量显著增长。

 
海马区 - 机能原理
位置示意图位置示意图图册

海马体主要负责学习和记忆,有点像是计算机的内存,将几周内或几个月内的记忆鲜明暂留,以便快速存取。

记忆其实就是神经细胞之间的连结形态。然而,储存或抛掉某些信息,却不是出自有意识的判断,而是由人脑中的海马区来处理。海马区在记忆的过程中,充当转换站的功能。当大脑皮质中的神经元接收到各种感官或知觉讯息时,它们会把讯息传递给海马区。假如海马区有所反应,神经元就会开始形成持久的网络,但如果没有通过这种认可的模式,那么脑部接收到的经验就自动消逝无踪。


日常生活中的短期记忆都储存在海马区中,如果一个记忆片段,比如一个电话号码或者一个人在短时间内被重复提及的话海马区就会将其转存入大脑皮层,成为永久记忆。所以海马区比较发达的人,记忆力相对会比较强一些。存入海马区的信息如果一段时间没有被使用的话,就会自行被“删除”,也就是被忘掉了。而存入大脑皮层的信息也并不就是永久,如果你长时间不使用该信息的话,大脑皮层也许就会把这个信息给“删除”掉了。有些人的海马区受伤后就会出现失去部分或全部记忆的状况。这全取决于伤害的严重性,也就是海马区是部分失去作用还是彻底失去作用。

海马区 - 机理
记忆其实就是神经细胞之间的联结形态。然而,储存或抛掉某些信息,却不是出自有意识的判断,而是由人脑中的海马区来处理。海马区在记忆的过程中,充当转换站的角色。当大脑皮质中的神经元接收到各种感官或知觉讯息时,它们会把讯息传递给海马区。假如海马区有所反应,神经元就会开始形成持久的网络,但如果没有通过这种认可的模式,那么脑部接收到的信息就自动消逝无踪。
海马区 - 发现研究

 
海马区在人脑的位置海马区在人脑的位置图册

从20世纪50年代起,科学家就已经注意到大脑海马区与记忆间的关系。却一直无法把记忆与海马区间的神经活动相联结。如果切除掉海马区,那么以前的记忆就会一同消失。但是“海马区的神经细胞又是如何把信息固定下来的”这个问题一直没能解决。科学家发现一些分子参与到了记忆的形成。此外,神经细胞突触的形成也与记忆相关联。但是,科学家对于记忆的运作机制的了解还不够——而这一机制对于理解人类自身是非常重要的。[1]

发现大脑叙述性记忆形成的方法


 

2003年6月,美国哈佛大学(Harvard University)与纽约大学(NYU)科学家共同发现了大脑海马区的运转机制。借着研究海马区神经元的活动情形,研究人员发现大脑叙述性记忆形成的方法。而这个发现对于证明海马区记忆学习的可塑性,也提供了最有力的证据。[2]

 

睡眠充足能促进海马区发育

 

2012年9月,日本研究人员宣布,睡眠越充足的孩子,其大脑中与记忆和感情有关的海马区的体积越大,大脑发育得越好。

日本东北大学教授泷靖之率领的研究小组从2008年4月开始的4年里,对290名5岁至18岁的未成年人的睡眠时间和海马区体积进行了调查。结果发现,与只睡6小时的孩子相比,每天睡眠达10小时以上的孩子海马区的体积要大10%左右。此前有研究显示,抑郁症和阿尔茨海默氏症等疾病的患者,海马区的体积往往会变小。泷靖之说:“在年轻时养成充分睡眠的生活习惯,使海马区发育得足够大,将有可能降低罹患上述疾病的风险。”[3]

 

大脑海马区受损影响想象力

 
海马区海马区

英国科学家研究发现,大脑海马区受损的人除记忆力不好之外,想象能力也会变差。海马区受损者被要求想象未来的一次朋友见面或圣诞晚会,或者想象自己身处海滩、酒吧之中,但他们报告说,自己无法在大脑中形成具体形象,取而代之的是一堆分离的图像碎片。研究人员认为,这可能是因为海马区负责为大脑提供构建各类形象的环境。[4]

 

“创造”记忆

 

 2012年9月,据Discover Magazine近日报道,几位神经科学家在《自然·神经科学》的在线版报告,他们在大鼠大脑海马体的切片上切片中植入了人工记忆。这几位研究者通过用电流刺激啮齿动物的大脑细胞,使它们产生了一些类似记忆的神经细胞活动,这些记忆会存在大约10秒左右。这是研究者第一次在没有大脑的情况下创造了记忆。 参与本次研究的神经科学家Ben Strowbridge在一次新闻发布会上说。“这次的研究为未来的研究铺平了道路,帮助研究者确定到底是哪一条大脑回路让我们形成了短期记忆。”

海马体是哺乳类动物的中枢神经系统中的脑的部分(大脑皮质)中被最为详细研究过的一个部位。

在解剖学以及组织学上,海马具有一目了然的明确构造。海马内部有形成形态美观的层面。也就是神经细胞的细胞体与其神经网区域呈层状排列。

海马,是被称作「海马区」(hippocampal region)的大脑边缘系统的一部分。海马区可分为:齿状回(dentate gyrus)、海马、下托(subiculum)、前下托(presubiculum)、傍下托(parasubiculum)、内嗅皮质(entorhinal cortex)。这之中齿状回、海马、下托的细胞层为单层,合称「海马结构(hippocampal formation)」,其上下夹有低细胞密度层和无细胞层。此外的部位有复数的层面构成。齿状回与海马的单层构造对神经解剖学以及电生理学的研究进步作出了贡献。

许多人对海马区与癫痫发作的关系也有很浓厚的兴趣。海马区在脑中为发作阈值低的部位。因为几乎所有癫痫患者的发作皆由海马区所起始,像这类以海马区为主的发作,有许多的情形是很难以药物治疗的。而且,海马区中有一部分,尤其是内嗅皮质,为阿尔兹海默氏症最先产生病变的地方,海马区也显示出容易因贫血、缺氧状态而受伤害。

20世纪初,开始有科学家认识到海马对於某些记忆以及学习有着基本的作用。特别是1957年Scoville和Milner报告了神经心理学中很重要的一个病例。这是来自一位被称为H.M.的病者的报告,H.M.要算是神经心理学的领域之中被检查得最详细的人物。由於长期的癫痫症状,医生决定为他进行手术,切除了顳叶皮层下一部份的边缘系统组织,其中包括了两侧的海马区,手术後癫痫的症状被有效控制,但自此以後H.M.失去了形成新的陈述性长时记忆的能力。这个发现变成了让许多人想了解海马区在记忆及学习机制的契机,而成为一种流行,无论在神经解剖学、生理学、行为学等等各种不同领域,都对海马区做了相当丰富的研究。现在,海马区与记忆的关系已经为人所了解。

美国生物科技网在2003年6月10日报道,美国哈佛大学(Harvard University)与纽约大学(NYU)科学家共同发现了大脑海马区的运转机制——大脑海马区是帮助人类处理长期学习与记忆声光、味觉等事件(即叙述性记忆)的主要区域。借着研究海马区神经元的活动情形,研究人员发现大脑叙述性记忆形成的方法。而这个发现对于证明海马区记忆学习的可塑性,也提供了最有利的证据。

从1950年代起,科学家就已经注意到大脑海马区与记忆间的关系。但却一直无法把记忆与海马区间的神经活动相连结。如果切除掉海马区,那么以前的记忆就会一同消失。但是“海马区的神经细胞又是如何把信息固定下来的”这个问题一直没能解决。科学家发现一些分子参与到了记忆的形成。此外,神经细胞突触的形成也与记忆相关联。但是,科学家目前对于记忆的运作机制的了解还不够——而这一机制对于理解我们自身是非常重要的。纽约大学研究人员利用电极(electrodes),监控学习中的猴子大脑神经活动的情形。之后再用哈佛大学研究人员研发出的“动力评估演算系统”(dynamic estimation algorithms)分析记录下来的行为与神经信息。


在研究进行的过程中,研究人员每天都让猴子观看由四个类似物重叠的复杂影像。当猴子从试误学习中知道各影像的位置时,就可以得到报偿。在此同时研究人员观察猴子海马体内神经元的活动情形,结果他们发现有的细胞神经活动的改变曲线,与猴子学习的曲线平行。这表示这些神经元与新的联想记忆形成有关。而由于这些神经活动在猴子停止学习后仍然有持续进行的现象,因此,研究人员推测其中的部分细胞,应该与长期记忆的形成有关。

海马区在解剖学解剖学以及机能构造上都是其它大脑皮质系统的研究样本。大脑皮质在最近开始被关注与研究,现在已知的关於中枢神经系统的突触传导的见解多受益于海马区的研究。而海马区的相关知识则多源于齿状回与海马的标本。


实现“盗梦空间”
饮酒也会损伤脑细胞饮酒也会损伤脑细胞图册
2012年9月麻省理工学院皮考尔学习和记忆研究所的神经科学家马特·威尔逊表示,他的研究团队目前正在探索大脑中海马体是如何将自身经历的事件编码储存成记忆。在这项突破性的研究中,通过重复播放前几天老鼠所遭遇的环境音,美国麻省理工学院的科学家成功影响了老鼠们的梦境。人类现实版的盗梦空间的实现也指日可待[5] 。

饮酒带来海马区损伤

人们通常认为每天喝几杯葡萄酒有益于心血管和大脑的健康,但美国罗格斯大学的研究人员发现饮酒可损伤大脑海马体,从而导致成人脑细胞的再生量减少40%左右。实验结果表明,处于醉酒状态的实验鼠(相当于成年女性饮酒3至4杯或成年男性饮酒5杯)其大脑海马体中的神经细胞数量相较于未饮酒的实验鼠减少了近40%。海马体是大脑中负责“生产”新神经细胞的组织,此外海马体还被认为与人类某些学习功能有关[6] 。

男性大脑海马体越大越聪明 女性无关联

2013年3月,美国加州大学神经科学家在西班牙马德里神经科学家的协助下进行的这项研究指出,女性大脑一般而言较男性小8%,但是女性大脑运作较有效率。研究将焦点放在用来记忆和感情功能的海马体。研究结果指出,男性海马体越大,代表神经元数目较多,也就越聪明。研究还指出,女性有较大海马体与是否变得更为聪明并无关联。



 加拿大多伦多大学最新研究认为,记忆要比之前认为的更为动态和多变。发生在大脑的两个区域——海马和皮层之间的重要互动,对形成地点和事件记忆具有不同而互补的作用。研究揭示了大脑中存在不同的记忆形式,编码也不同,但都能与部分大脑进行互动。



加拿大多伦多大学最新研究认为,记忆要比之前认为的更为动态和多变。发生在大脑的两个区域——海马和皮层之间的重要互动,对形成地点和事件记忆具有不同而互补的作用。研究揭示了大脑中存在不同的记忆形式,编码也不同,但都能与部分大脑进行互动。

多伦多大学罗特曼研究院的莫里斯·莫斯科维奇博士提出了一种新的理论来解释这些相互作用,这将进一步加强人们对记忆的理解,或可用于治疗和管理那些患有记忆障碍的人士。此项研究结果发表在近日在蒙特利尔召开的加拿大神经协会第八届年会上。

通过研究人类如何在短期和长期内记住事件和地点,以及啮齿类动物如何在熟悉和陌生的环境中记忆和导航,莫斯科维奇博士发现了“情景记忆”和“语义记忆”之间的差异。“情景记忆”依赖于大脑的海马区域,是一种具有丰富上下文细节的记忆形式;“语义记忆”则主要依赖于新皮质,这是一种更为一般的记忆形式,记录原始情景记忆的要点。

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对动物和人类所进行的研究表明,位于大脑深部的海马区域,在最近和遥远情景的记忆中起着核心作用。海马体损伤患者被证明无法形成新的记忆,但他们保留着以概要、大体形式回忆起早期事件的能力。莫斯科维奇博士研究了丰富的新近记忆如何转化为更为概要、遥远的记忆,并提出了“多重跟踪/转换理论”。


根据此理论,每次一个情景记忆被检索,海马体都会将检索发生时的新的上下文合在一起自动重新编码。随着时间的推移,伴随每一次检索,多种记忆痕迹就积累起来; 大脑皮层则从这些痕迹中提取相似之处,形成一个广义记忆,也就是语义记忆。通过这个过程,记忆随时间而变换,从大多数海马依赖性的、上下文丰富的记忆转变为更一般的记忆,也就是捕捉初始情景记忆的要点。

莫斯科维奇博士的研究表明,相同的处理方式适用于地点和环境的记忆。最初依赖于海马体,随后被变换为无需海马体参与即可检索的概要记忆。正如先前认为,海马体始终参与地点的记忆,新研究则揭示了记忆其实存在不同的形式。空间记忆提供了事件展开的框架,它们彼此相互作用,形成具有空间和事件要点的丰富的情景记忆。


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