华东师大研究所首次发现大脑记忆编码单元

2005.04.14

月黑风高的夜晚，一阵冷风吹过小老鼠的脖子，小老鼠会像小说中的武林高手那样被吓得一哆嗦，倒退几步，这时它的脑神经皮层有一部分神经元会发生剧烈的活动；当小老鼠在玩的时候，突然有人猛烈摇晃它的笼子，小老鼠也会吓得四处张望，而此时它脑神经皮层的另一组神经元又会发生剧烈的活动……

华东师范大学脑功能基因组学研究所林龙年副教授与美国波士顿大学钱卓教授在世界上首次发现大脑记忆的编码单元，提供了解读大脑密码的可能性。这一成果将刊登于本周出版的《美国科学院院报》这一脑科学领域的顶尖杂志上。

聪明鼠如何形成记忆？

在华东师范大学脑功能实验室里有两只转基因的“聪明鼠”，每天它们都要挤在茶杯盖大小的床上“同眠”，但它们的“床垫”和其他小老鼠的“床垫”不一样，原本和床一样大小的棉花被它们反复地咬烂再搓成小球，最终“弹”成了一床松软的棉花被，不仅铺在床上，两边各多出厚厚的一块作了两个枕头。了解“聪明鼠”的学习和记忆方式，促成了“记忆解读”成果的产生。

1999年，钱卓博士研究小组通过调节小鼠的海马和前脑中的NR2B基因，在美国普林斯顿大学研制出聪明鼠，从而揭示了学习和记忆过程中的重要分子机制，但是究竟什么是记忆，聪明鼠究竟如何储存信息，形成记忆，并且在此后提取自己的记忆并且表达信息，这成为研究组一直思考的问题。2002年，林龙年副教授加入研究组后，决定通过了解小鼠在环境中遇到强烈刺激时大脑皮层神经元的反应，来测试小鼠大脑中海马区究竟如何形成记忆，并在此后提取这一记忆。

海马脑区是小鼠大脑中掌管学习和记忆的最主要的区域，只有半粒米大小，在它的CA1细胞层大约有紧密排列着20到30万个神经元，每个神经元之间还会形成不同形式的神经元网络。同时海马区又是所有动物的大脑中都存在的，并且有着相似的结构，承担同一功能。

小老鼠能够回忆刺激

在华东师范大学脑功能实验室里，每只小老鼠都戴着一只比脸盆还大的五彩斑斓的老虎头“帽子”。原来这些帽子都是氢气球，拴在插入它们大脑海马区的电极帽上，因为只有30克重的小鼠顶不住那个目前世界上最轻巧的电极帽。

林龙年他们研制出了世界上最轻巧最精细的电极帽，这个电极帽有96根比头发还细得多的微电极，这些微电极被插到小鼠大脑中的海马区域，一次可以记录260多个神经元的活动。而过去记录小鼠神经元活动的最高记录是40多个，电极个数的最高记录也只有10多个。

海马区的神经元只有两种状态，活动或者不活动。单个神经元都具有不稳定性，只有神经元组的活动具有一定的稳定性。

在实验中发现每当小鼠接受到不同的刺激，它的海马区有一部分神经元就会剧烈活动。有一些神经元始终处于活动的状态，有一些神经元只有在接受到一定的刺激时才会活动。而且反复实验后发现有些刺激确实是和神经元组的活动密切相关的。而且在不受到刺激的时候，有时候这些神经元还会成组地被自动激活，并且有和受到刺激时相似的活动，因此可以看出，小鼠是在回忆这些刺激。

下一步：解密人脑

为什么有些细节人们只经历过一次就终生难忘，而单词却背了好多遍仍会忘记。如果能够完全破解小鼠海马区学习和记忆的奥秘，那么对破解人脑的奥秘将大有帮助，甚至今后可以制造出真正的智能机器人。

实验发现，在海马区神经元网络中，有许多神经元对不同刺激有着各种各样的放电反应。根据它们的反应特征，研究人员发现这些神经元组成了记忆编码的神经网络单元。更有意思的是，这些编码单元通过它们的激活状态可以把任何一种刺激经历转化成一串二进制数字，这种数字化的编码形式，使科学家们能够对不同动物的大脑编码活动进行直接的比较和分析。

钱卓博士说，动物大脑记忆系统的精美操作设计令人叹服，大脑很可能利用同样的原理来完成其他一系列的高级认知功能。破译小鼠的大脑奥秘将为今后破译人脑的奥秘提供条件，不过这些还必须依赖技术的发展。

文汇报