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上次讲睡眠时最后提到：现在脑科学前沿研究已经发展到像电影盗梦空间那样，尝试通过梦境向脑中植入记忆。不少小伙伴对这个话题特别感兴趣，在大家的强烈要求下，本喵就勉为其难地再写一篇（误），对关于记忆的研究进行一点小探讨。早在1596年的笛卡尔就提出过“我思故我在”，说明一些极端聪明的人类早就意识到思考、学习和记忆的重要性。记忆，实际就是“过往的经验”，储存着我们的喜怒哀乐，正是由于有了记忆，你才成为了你，也是因为有了社会性记忆，你才被赋予了爱人朋友同事等各种身份，成为了社会的一部分。比如韩剧为什么那么喜欢失忆这种梗？因为失忆了你就相当于换了一个人了嘛！男女主就可以再谈一次恋爱，编剧又可以再编100集……比如金城武在你面前失忆了，你是会告诉他真相，还是告诉他你们是十几年的恋人，马上就要去结婚呢？可是我们的记忆真的靠谱吗？记忆到底是种什么东西？它储存在哪里？如果失去了记忆或者被篡改了记忆以后，我还是原来的我吗？……这些问题让一代又一代的哲学家、心理学家和脑科学家绞尽了脑汁，想找出一个答案。所以今天只能为大家介绍一些我对这个问题的理解。请注意，作为猫，是非常擅长哲学（理性）思考的（误？）。总有人把大脑比作电脑，认为电脑就是对人脑的一种模仿，记忆也和电脑存储数据一样：一格一格地储存在不同的脑区里面，根据所需到不同的位置去调取记忆。美国著名心理学和行为学家Karl Lashley在1920年代做过一系列行为学实验，就想对这一假说进行验证，找出存储记忆的脑区。他先用好吃的食物训练老鼠走迷宫，训练过后的老鼠能很快的找到最近的路找到它们爱吃的，然后他去检测损伤了鼠脑中的哪个部位会影响到记忆，一旦记忆受到影响，就说明记忆储存在那个位置。抱歉这位并不是Karl Lashley（当然Lashley也是位帅帅的哥），这是信息论和人工智能之父Claude Shannon（香农理论的创始人，星星眼）和他的电击小耗子迷宫模型。其实Lashley使用的这种大脑区域损伤法（Lesion）至今仍是不少动物行为学实验的常规方法，用这种方法验证了不少行为模式和大脑不同区域的关联，但Lashley低估了“记忆”这种行为模式的复杂程度，他发现老鼠记忆的受损和大脑损伤的具体位置无关，只和损伤区域的大小有关，损伤的区域越大记忆丧失的就越多，所以他就得出结论：记忆并没有一个特殊的存储区间，而是弥散在大脑的各个部位。这个观点流行了很多年，但是在现在看来这个理论是不准确的。正如前面介绍的，走迷宫这种行为模式其实是一个很复杂的过程， 用它来验证记忆的存在是不准确的，因为老鼠首先要具备良好的视力、听力、嗅觉和运动能力等等才能完成这个走出迷宫找到食物的行为，所以损伤某个部位的脑区影响的能力并不单纯只是记忆力。那么记忆到底有没有固定的存储区域呢？ 
另一个对记忆有显著贡献的人物出现了，那就是H.M.（不是卖衣服那个哦）。H.M.全名是Henry Molaison，他是一个癫痫病人。医生William Scoville和Brenda Milner在1957年发表了一份病历报告，他们发现H.M.在经历车祸以后出现了严重的癫痫，为了治疗癫痫只能手术切除一部分位于双侧颞叶（差不多在耳朵两边）受损脑区，这个脑区就是现在著名的海马（Hippocampus）脑区。 H.M.在手术后出现了非常奇怪的后遗症，他能记得短期的事情，但是没办法把短期记忆转化成长期记忆，也就是说如果你打了他一顿，他气势汹汹的要找你报仇，刚走出门，他就不记得你打过他了。更有趣的是，他在手术前的记忆还全都存在，没有受损，就连小时候的记忆也都还历历在目。H.M.这个病例提示研究者们，记忆应该是有不同的种类的，不同种类的记忆可能存储在大脑的不同位置。 这位就是H.M.，也是个大帅哥呢，还双手抱在胸前起范儿呢。而且有趣的是，海马就是在太阳穴的位置，所以一般学习学不下去就开始揉太阳穴，大概也是有那么点道理呢。话说有些微整形去填充太阳穴，是不是也会对脑功能产生影响呢……扯远啦。现在被广泛接受的分类法把记忆大致分为两类：短期记忆（short-term memory，通常也叫工作记忆，working memory）和长期记忆（long-term memory）。短期记忆包括视觉皮层形成的短期空间视觉印象和听觉中枢存储的声音信息。因为短期记忆可以被快速调用读取（有点类似于电脑里的缓存系统），所以并不会大量的被储存下来，这时候这些信息就会经过一系列整理归档系统，把不太重要的清除，把重要的信息分类存储下来，变成长期记忆。长期记忆又被研究人员们分成了不同的类型，其中包括情绪记忆（emotional memory），程序性记忆（procedural memory），情节记忆（episodic memory）和语义记忆（semantic memory）。情绪记忆我们在前面那篇关于抑郁失眠的文章里也介绍过，主要是以体验过的情绪和情感为内容的记忆，包括沮丧、焦虑、恐惧、愉悦等等，主要由大脑的边缘系统（Limbic system）处理和储存。大脑的边缘系统是特别有趣的结构，包括一部分大脑皮层以及大脑皮层下区域，其中包括杏仁核（amygdala）、海马（Hippocampus）、扣带皮层（cingulate cortex）、丘脑（thalamus）和下丘脑（hypothalamus）等，具体位置请看下图。程序记忆，又叫内隐记忆（implicit memory），主要包括一些学会以后不需要努力回想就能下意识去做的过程，比如走路、游泳、跳舞、骑车等等，这部分记忆主要由运动皮层（motor cortex）、基底神经节（basal ganglia）和小脑（cerebellum）进行记忆和处理。情节记忆和语义记忆最有趣，可能是人类特有的记忆。情节记忆主要储存个人经历和关于时间的概念，比如第一次约会的情景、成人礼派对的场景、第一次拥抱宠物的感受等等，大概人类有自我意识，主要还是依赖有这一部分记忆。语义记忆主要包括通过有意识的学习的到的数据和知识，比如记得中国的首都是北京，2的平方等于4等等。情节记忆和语义记忆都由额叶（Frontal lobe）和颞叶（temporal lobe）进行储存。一般认为人脑要到3-4岁才会开始对这两种记忆进行储存，这也是大部分人都不太记得3岁以前的事情的原因。
大脑中杏仁核（amygdala）、海马（Hippocampus）、运动皮层（motor cortex）、小脑（cerebellum）、额叶（Frontal lobe）和颞叶（temporal lobe）的大致位置 因为记忆的这些特性，所以要在大脑的特定位置找出某个特殊的记忆，理论上是可行的。美国加州大学洛杉矶分校的Fried实验室2005年做了一项很有趣的实验，明确验证了在海马脑区的细胞是以集群方式储存信息的。他们给一群人开脑洞（误），他们在开颅手术时对患者的海马脑区进行神经元放电记录。一个美国患者正在被实施清醒开颅手术。从前的开颅手术一般是进行全身麻醉，患者在手术中完全没有知觉，所以医生在手术过程中很难判断是否损伤了患者的基本大脑功能。所以最新的开颅手术借助于唤醒麻醉、神经导航和显微脑室镜等方法，让患者在清醒状态下进行手术，医生通过和患者的交流，来监测手术过程是否对脑功能有损伤，避免术后瘫痪、失语等严重后果。Fried实验室在监测患者状态的同时，还应用了单细胞放电记录的方法，通过让患者看名人照片，记录海马脑区内不同神经元的激活反应。他们发现特定的细胞会对特定的人物有反应，比如看到珍妮佛安妮斯顿（Jennifer Aniston）的照片时候，一小群神经元A会猛烈放电，然后再换哈利贝瑞（Halle Berry）的照片，另外一小群神经元B又开始猛烈放电。更有趣的是，B群神经元不但对哈利贝瑞的某一张照片有反应，还对哈利贝瑞其他的照片、演过的电影海报、甚至是写有哈利贝瑞名字的卡片，都会有放电反应。也就是说关于哈利贝瑞的记忆，确实就是存储在这一群特定的神经元里的，可以这么想象，在海马脑区中，神经元之间可以不断的排列组合，组成不同的群组记录不同的记忆。实验数据显示患者在实施清醒开颅术时，看到珍妮弗安妮斯顿的照片后，他的海马脑区中的特定神经元开始发放信息。有了这个作为基础，很多实验室开始了尝试对记忆进行改写和编码，其中做得最好最有名的是美国麻省理工大学的诺贝尔奖得主利根川进（Susumu Tonegawa）实验室。简单的来说就是他们找到了小鼠的大脑中某一群细胞的记忆“开关”，当人为地打开这个开关，小鼠们就会重现那段记忆，第一次通过记忆控制了小鼠的行为。这项工作被选为2014年十大科学突破之一，文章的第一作者是咱们复旦毕业的刘旭博士，还获得了有着医学界诺贝尔奖之称的拉斯克奖（Lasker Award）。上图就是刘旭和他的同事Steve Ramirez因为操纵记忆的开创性研究，获得2014年度美国史密森尼（Smithsonian）创造力大奖时拍的照片。刘旭博士除了是一个非常优秀的科学家外，还是一个很优秀的科普写手，他写过好几篇记忆系列的科普文章，包括介绍这项工作的《一只老鼠的盗梦空间》，写得非常有料有趣。可惜斯人已去，刘旭博士于2015年英年早逝于美国伊利诺伊州，附上大家为纪念他专门制作的网页：http://www./xu-liu/stories#stories，里面还有他生前写的文章和好友的祷文。具体来说这项实验非常有趣，也很“简单”（最好的实验设计都遵循着极简准则），刘旭和利川跟进实验室的科学家们先把小鼠放入A房间，然后在它行走的时候，用微小的电流电它的小爪子，它因为疼痛就会对A房间形成恐惧记忆，让它记住：“这个房间不好，会让我很疼。” 在让它记住恐惧记忆的同时，再找出它脑中被激活的“恐惧”神经元。然后再把这只小鼠放进和A房间完全不同的B房间，利用光遗传技术激活之前找出的那些“恐惧”神经元。小鼠会在没有任何威胁的B房间瑟瑟发抖，重现恐惧的记忆（可怕的科学家们啊……）。这是人类第一次能够人为地创造和操纵某一段记忆。上图就是植入了光导纤维的实验鼠。伟大的光遗传技术是把某些光敏感蛋白人为地导入到某一类型的神经元中，然后可以实时地使用特定波长的光激活这些神经元。
去年巴黎理化研究院的科学家还发现了除了植入恐惧记忆这类情感记忆，还可以在睡梦中植入情节记忆。当小鼠自由活动的时候，科学家记录下小鼠移动经过不同位置相对应的特定神经元被激活的情形（2015年的诺贝尔奖就是颁给了发现大脑中定位系统的三位科学家），比如小鼠在A位置时，A群神经元对应被激活，移动到B位置后，B群神经元对应被激活。然后科学家在小鼠睡着后人为地激活了A群神经元，同时匹配刺激小鼠脑中的奖赏回路，让小鼠记住在A位置就会有奖励。结果不出所料，睡梦中被激活了奖励神经元的小鼠会多花了4-5倍时间去A位置转悠，去寻找那人类无端端给它植入的虚拟的奖励信息（可怕的人类啊……）。虽然科技发展到今天，很多黑科技已经超越了科幻小说的想象，但对于记忆的修改还只限于在动物模型中，还没有人愿意让别人随便折腾自己的记忆，就算有这种勇于为科学献身的志愿者，也还有很多伦理学上的阻碍。但随着对于记忆机制研究得越来越深入，真正修改人类的记忆，恐怕也不是天方夜谈。关于记忆的本质，或许哲学家认为记忆就是一个人的自我意识？心理学家认为记忆是一个人的身份认同？社会学家认为记忆是一个人的社会角色界定？玄学宗教认为记忆相当于一个人的灵魂？（这么高深的问题，本喵这里纯属瞎起哄，各位其他领域的大神千万别太认真）在脑科学界，比较广泛被接受的对于记忆的理解是：记忆是神经元之间的连接强化的过程，在接受外界刺激以后，神经元之间的连接点（突触）可能会变多、变大，如果短期内有类似的刺激发生时，这些连接的环路会被再次激活而得到加强，也被称为神经元的突触可塑性。经过反复的增强之后，这个连接环路就会被保存下来，形成长期的记忆。
上图黄框放大的部分，就是神经元和神经元相互联系的突触部位，不同的突触有着不一样的大小和形态，不同神经元也有着各式各样不同数量和类型的突触。更有趣的是，中国科学院蒲慕明（Mu-Ming Poo）实验室最近发现（最新一期的Nature Neuroscience）在形成新的记忆时，大部分神经元都遵循着突触重复利用的规律，也就是在形成新突触的时候，很多“新”突触都是通过改造“旧”突触而来。这样一来，在建立新的记忆时，我们的脑子很聪明的实现了空间、材料和能量的利用最优化。这或许也可以解释：为什么我们在成年以后记忆经常会受到相似记忆的干扰，时不时会出现记错或者觉得某个场景似曾相识的感觉。
以后如果有人用这句话找你搭讪的时候，别上来就一个巴掌呼过去，说不定人家真这么记得，而且就是看你特眼熟呢？神经喵忠告：别以为记忆真的有多靠谱。所以不用过于担心记忆被修改这件事，在人的一生中，我们的记忆就是不断的被清除不断地被覆盖的过程，我们自身就是在不断地修改着过往的记忆。或许有人要问，如果把另一个人的记忆移到我的身体，那我还是原来的我吗？据我理解，我们之所以成为我们自己，其实并不是由某一段记忆或者某一项特征决定的，而是一个整体的概念，就像之前介绍的，记忆其实非常复杂，不仅包括了情感记忆、情节记忆、语义记忆等等，程序性记忆也是我们构成我们自身的一个重要方面，这些程序记忆让我们在“潜意识”或者是本能的状态下就可以让我们完成特定的行为。这些不同的记忆分散在不同的脑区，而脑区之间其实并不是孤立的，而是每时每刻都在相互交流和沟通，所以所谓的记忆移植，应该是像我们本身重新学习了一项新的技能那样，很快就融入我们的身体，你既是从前的你，你也是一个全新的你。一直有人质疑说你们说的这些实验结果都是在鼠类上面完成的，要用在我们人类大脑上还差十万八千里呢。不能否认鼠脑和人脑确实存在不小的差异，但从大脑和体重的比例来看，小鼠和人类非常接近，都是1:40左右，而狗和猫其实大脑的比重都小于1:100，这么来看小鼠其实还是非常聪明的，事实上，小鼠的记忆力确实也是非常好的。可喜的是，现在已经有了转基因灵长类动物，所以更多和情绪相关的研究，都可以在和人类更相似的灵长类动物模型上面完成，所以突破科学和科幻的次元真的指日可待啦。记忆的研究一直是大脑研究的重头戏，如果记忆真的可以移植，且不说我们学习更加方便了，比如像黑客帝国那样，输入几个程序就可以从啥都不会变成功夫大师。而且非常有利于很多患者的恢复，比如脑损伤患者或者老年痴呆患者就都不用担心啦，可以像电脑存盘那样，时不时存储一下健康的记忆，万一遇到不测或者不幸患上病症，先装上一个新脑子，然后输入一下以前存过的记忆，又变回了原来的自己，多开心。当然这一切还需要有强有力的伦理学和社会学保驾护航，否则一不小心记忆就被人偷走或者抹去了，那可了不得。作为一个科学研究者，本喵还是相信聪慧的人类一定会在更了解自己的基础上更好的保护自己的，不能因为害怕某些后果而因噎废食，停滞住追求科学真理的脚步。· Pigeon, W. and Perlis, M. (2007) Insomnia and Depression: Birds of a Feather? Int J Sleep Disorders, 1(3):82–91.· Baran, B. et al. (2012) Processing of Emotional Reactivity and Emotional Memory over Sleep. The Journal of Neuroscience, 32(3): 1035-1042· Goldstein, A. et al. (2013) Tired and Apprehensive: Anxiety Amplifies the Impact of Sleep Loss on Aversive Brain Anticipation. The Journal of Neuroscience, 33(26): 10607-10615· Buysse, D. et al. (1994) Clinical diagnoses in 216 insomnia patients using the International Classification of Sleep Disorders (ICSD), DSM-IV and ICD-10 categories: a report from the APA/NIMH DSM-IV field trial. Sleep, 17:630–7.· He, Y. et al. (2009) The Transcriptional Repressor DEC2 Regulates Sleep Length in Mammals. Science, 325:866-870· Pellegrino, R. et al. (2014) A Novel BHLHE41 Variant is Associated with Short Sleep and Resistance to Sleep Deprivation in Humans. Sleep, 37 (8): 1327-36.· Tsoukalas, I. (2012) The origin of REM sleep: A hypothesis. Dreaming, 22(4): 253-283· Mehta, M. (2007) Cortico-hippocampal interaction during up-down states and memory consolidation. Nature Neuroscience, 10, 13-15.· Walker, P. and van der Helm, E. (2009) Overnight Therapy? The Role of Sleep in Emotional Brain Processing. Psychological Bulletin, Vol. 135, No. 5, 731–748.
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