方陵生

10月，一個(gè)溫暖晴朗的早晨，洛妮來到新澤西神經(jīng)科學(xué)研究所，準(zhǔn)備開始一天的測試。多年來，她一直是這里的實(shí)驗(yàn)對象，今天神經(jīng)科學(xué)家尼古拉斯將用核磁共振儀對她的大腦進(jìn)行掃描研究。

洛妮患有嚴(yán)重的健忘癥，大多數(shù)往事都記不起來，也不能形成新的記憶。這種情況是從2007年她的大腦受到單純皰疹病毒感染時(shí)開始的，病毒感染損害了她的大腦海馬區(qū)。神經(jīng)科學(xué)家早就知道，海馬體對陳述性記憶的形成和記憶是必不可少的。陳述性記憶是指可以用文字來描述的記憶，包括事實(shí)、常識(shí)和對生活中特定事件的自傳體記憶。在此，我們要感謝一個(gè)名叫亨利·莫萊森的人。1953年，莫萊森因癲癇手術(shù)被切除了大腦中三分之二的海馬體，引發(fā)了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對大腦記憶如何形成的理解和探索。

但近年來，神經(jīng)科學(xué)家開始懷疑，大腦內(nèi)側(cè)顳葉的海馬區(qū)和周圍組織的作用遠(yuǎn)不止于簡單地形成和恢復(fù)記憶。顯然，海馬體就像一幅心理地圖，它讓我們不僅可以瀏覽記憶，還可瀏覽對未來的期望，以及我們在時(shí)空中的物理位置等等?？茖W(xué)家要弄清楚大腦中海馬體究竟是如何配合大腦其他部分一起來完成這些任務(wù)的，對患有健忘癥的洛妮的大腦進(jìn)行掃描觀察也許會(huì)是一個(gè)關(guān)鍵突破口。

海馬體與記憶有關(guān)

以前，沒有人真正了解海馬體的具體作用，當(dāng)時(shí)人們猜測它可能與嗅覺有關(guān)。1953年，一位名叫亨利·莫萊森的年輕人在美國康涅狄格州一家醫(yī)院接受了一項(xiàng)大腦手術(shù)，以治療他無法控制的癲癇發(fā)作。頻繁而劇烈的癲癇發(fā)作導(dǎo)致他在二十來歲的青春年華里幾近殘疾，除了在工廠里給電機(jī)纏繞銅線外，他無法從事任何其他復(fù)雜的工作。

絕望中，他和他的父母同意邀請當(dāng)?shù)刂纳窠?jīng)外科醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)根治，醫(yī)生將薄薄的金屬管插入亨利的頭骨，吸出了他的海馬組織，那里似乎就是癲癇發(fā)作的源頭，醫(yī)生認(rèn)為與嗅覺有關(guān)的海馬體并非是不可缺少的。

手術(shù)成功治愈了莫萊森的癲癇，但醫(yī)護(hù)人員很快就發(fā)現(xiàn)了手術(shù)帶來的可怕后果。已來過多次的護(hù)士進(jìn)入他的房間時(shí)，每次都必須重新自我介紹一番，因?yàn)槟R森根本不記得之前曾經(jīng)見過她。給他做手術(shù)的醫(yī)生也會(huì)經(jīng)常來檢查莫萊森的康復(fù)情況，但每一次莫萊森和他打招呼都像是看見一個(gè)完全陌生的人。他雖然還可以認(rèn)出自己的父母，但很多事情都已經(jīng)記不起來了。顯然他再也不能形成新的記憶了。

對于過去的記憶，他可以回憶起一些事情的大致印象，如他的父親出生于路易斯安那州，又如他們一家人去景區(qū)度假時(shí)的情景。如果你和他談?wù)撃臣囟ǖ氖录?，比如在某次開車途中發(fā)生的事情，他就完全不記得了。

通過這次帶來毀滅性后果的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家終于知道了海馬體是干什么的了。它的工作機(jī)制似乎是將我們曾經(jīng)經(jīng)歷過的某個(gè)特定時(shí)刻的場景牢牢地聯(lián)系在一起，包括聲音、氣味、情感等，每一個(gè)過程都在大腦的不同部分進(jìn)行處理，形成一個(gè)在未來回憶、重新經(jīng)歷或進(jìn)行描述的記憶事件。這種回憶被稱為“情景記憶”，它涉及我們自己的特定經(jīng)歷，是與我們曾經(jīng)有過的特定體驗(yàn)相關(guān)的“陳述性記憶”子集。另一種子集是 “語義記憶”，它同樣也是陳述性的，但它描述的是關(guān)于周圍世界或關(guān)于我們自己的大致事實(shí)，比如我們曾去過哪里度假，或希特勒在二戰(zhàn)期間統(tǒng)治德國等。情景記憶被認(rèn)為是人類所獨(dú)有的，而語義記憶則是我們與其他哺乳動(dòng)物共享的。你家的寵物狗大腦里的語義記憶會(huì)提醒它要避開角落里的那只貓，而你記得的更多，還會(huì)記得那只貓攻擊寵物狗那一幕的具體細(xì)節(jié)。

只有完整的海馬體才能讓我們記住生活中的一些細(xì)節(jié)，若沒有海馬體，就不可能將新的體驗(yàn)編織在一起，形成兩種類型的陳述性記憶并帶到未來去。無法記憶過去被稱為“逆行性遺忘”，而無法形成新的記憶被稱為“順行性遺忘”?；加羞@兩種形式的健忘癥患者，如莫萊森和洛妮，就完全喪失了這種記憶能力。

在接下來的幾十年里，美國著名神經(jīng)科學(xué)家布倫達(dá)·米爾納對莫萊森的記憶問題進(jìn)行了數(shù)十次研究，直到莫萊森于2008年逝世為止。研究發(fā)現(xiàn)，莫萊森的語言能力、閱讀能力以及行走能力都未受影響。這些明顯的無意識(shí)行為顯然也涉及某種記憶，因?yàn)檫@些都不是與生俱來的能力。但與回憶過去經(jīng)歷過情景片斷不同的是，要找回這些記憶顯然并不受海馬體的支配。

米爾納通過一些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，莫萊森也能夠在無意識(shí)中形成一些新的記憶，例如，米爾納讓莫萊森嘗試做他從未做過的事：在一張紙上找到圖中的一顆星，但不是通過他手中拿著的紙看，而是通過映在鏡子中的影像來看，一開始對任何人來說都有些別扭，但只要多做幾次就變得容易了。莫萊森也做到了，每做一次都比以前做得更好，雖然他并沒有之前曾多次嘗試的記憶，好幾次他都為自己第一次（當(dāng)然只是他自認(rèn)為的第一次）就能很快找到圖中的星形圖案而感到驚訝。這些實(shí)驗(yàn)清楚地表明，海馬體并不是獲得新技能所必需的，這是另一種類別的記憶，被稱為“程序記憶”，或稱“肌肉記憶”，騎自行車就是一個(gè)經(jīng)典的例子。一旦你學(xué)會(huì)了騎車，你無需用心去回想該如何做，下意識(shí)地自然而然地就會(huì)做到。

與亨利·莫萊森不同的是，患有嚴(yán)重健忘癥的洛妮·約翰遜是一個(gè)生活經(jīng)歷豐富且頗有創(chuàng)意的人。她是一位成功的商業(yè)藝術(shù)家，經(jīng)常為《紐約客》雜志繪制封面。同時(shí)，她還是一位才華橫溢的業(yè)余中提琴手，擁有并駕駛兩架小型飛機(jī)的飛行員，還是當(dāng)?shù)貓?bào)紙熱門專欄的作者。有著豐富多彩記憶體驗(yàn)和知識(shí)的她，可為神經(jīng)科學(xué)家提供大量測試指標(biāo)。

那個(gè)溫暖的早晨，在普林斯頓神經(jīng)科學(xué)研究所里，研究人員利用功能磁共振成像掃描儀對她進(jìn)行了“適應(yīng)性學(xué)習(xí)”的研究測試。我們的大腦對熟悉的物體或場景會(huì)逐漸減少注意，而傾向于更多關(guān)注新奇的物體或場景。例如開車時(shí)，人們對馬路另一邊呼嘯而過的車輛通常視而不見，但如果其中某輛車突然轉(zhuǎn)向接近，大腦就會(huì)發(fā)出紅色警報(bào)。洛妮·約翰遜的海馬體受損后的大腦仍然可以進(jìn)行一些適應(yīng)性學(xué)習(xí)，但只能以一種受到限制的方式進(jìn)行。

接下來對洛妮的一系列測試表明，程序性學(xué)習(xí)就像騎自行車一樣，發(fā)生在除了大腦海馬體之外的其他地方。

神經(jīng)科學(xué)家喬丹·泰勒對洛妮進(jìn)行了第二套測試，想重新驗(yàn)證一下這個(gè)想法。洛妮的測試項(xiàng)目是學(xué)習(xí)操縱飛行模擬器。她坐在屏幕前，屏幕上顯示的圖標(biāo)，一個(gè)代表飛機(jī)，另一個(gè)代表跑道，她的任務(wù)是用一根操縱桿引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)入跑道，她同時(shí)要面對兩個(gè)難題：第一個(gè)難題是每一次跑道都會(huì)出現(xiàn)在屏幕上的不同地方，筆直向前、向后，或向右、向左移動(dòng)；第二個(gè)復(fù)雜問題是杠桿的移動(dòng)被設(shè)計(jì)成與她的意圖動(dòng)作不同。如果她試圖向前移動(dòng)，它會(huì)被推到右邊或左邊，她必須做出與自己意圖不同的動(dòng)作才能讓飛行模擬器著陸。

洛妮確實(shí)做到了，她擁有程序性學(xué)習(xí)的能力，但事實(shí)證明，和找出畫中目標(biāo)的亨利·莫萊森一樣，他們這方面的學(xué)習(xí)能力都不如控制組的正常人做得那么好。另一項(xiàng)測試也表明了這個(gè)突出的事實(shí)，洛妮在演奏她不熟悉的中提琴曲目時(shí)，表現(xiàn)得越來越嫻熟，但她并沒有意識(shí)到，實(shí)際上她已經(jīng)練習(xí)了多遍，并沒有真正涉及到新的學(xué)習(xí)。因?yàn)樗緛砭椭廊绾螌纷V上的符號(hào)轉(zhuǎn)化為音符，她只是運(yùn)用這些技能來演奏她從未接觸過的曲目而已。就像亨利的“鏡中畫找星星”一樣，其實(shí)都是完成一種機(jī)械性的任務(wù)。亨利已經(jīng)知道如何拿著筆順著一條線找到目標(biāo)，他只需重新設(shè)置一下視覺和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)之間的聯(lián)系。

但如果讓她嘗試學(xué)習(xí)一種全新的樂器，比如說小號(hào)，她能做到嗎？泰勒很懷疑，也許她根本做不到。

海馬體是記憶“氣球”的掌控者

過去幾年里，這類實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)了科學(xué)家們的共識(shí)：海馬體參與的大腦活動(dòng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了簡單的陳述性記憶的創(chuàng)建和提取。洛妮·約翰遜和亨利·莫萊森，以及其他一些有名的失憶患者，都是在海馬體和周圍組織嚴(yán)重受損后失去了大部分陳述性記憶功能的，但隨著研究人員進(jìn)一步的研究，他們發(fā)現(xiàn)認(rèn)知損失更為普遍。就像洛妮，海馬體受損摧毀了她的大部分陳述性記憶能力，以及形成新的情節(jié)記憶的能力，但同時(shí)也降低了她無意識(shí)學(xué)習(xí)、程序性記憶和運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)的能力，阻礙了她的視覺系統(tǒng)對熟悉物體的適應(yīng)能力。

如果現(xiàn)在你問這個(gè)問題：“海馬體的作用是什么？”你仍然需要回答：“主要負(fù)責(zé)陳述性記憶?！钡且脖仨氉⒁獾?，海馬體在其他類型的記憶中也有不同程度的參與。

記憶系統(tǒng)在哺乳動(dòng)物進(jìn)化中很早就出現(xiàn)了，并且?guī)缀跻恢贝嬖谟谀切┻b遠(yuǎn)祖先的后代物種中。哥倫比亞大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家達(dá)夫妮·肖哈米說：“海馬體只負(fù)責(zé)陳述性記憶的傳統(tǒng)理論似乎忽略了一個(gè)事實(shí)，其他一些動(dòng)物也有海馬體，但除了人類之外，它們都沒有對情節(jié)的陳述性記憶?！毕衿渌S多神經(jīng)科學(xué)家一樣，肖哈米認(rèn)為對于海馬體的作用需要重新定義。

看來海馬體并不僅僅只是一個(gè)離散的記憶模塊，它顯然非常擅長于在各個(gè)物體、空間和經(jīng)驗(yàn)之間創(chuàng)建聯(lián)系，它幫助大腦將所有這些元素連接成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，幫助我們將分分秒秒不斷涌入大腦的混亂的感官印象連接成一個(gè)可以理解的整體。神經(jīng)科學(xué)家將這種連接能力稱為“關(guān)系處理”。它不僅對我們擁有豐富的過往記憶至關(guān)重要，而且對于我們將以往的經(jīng)驗(yàn)整合進(jìn)入現(xiàn)在，以及思考未來也是至關(guān)重要的。

海馬體受到損傷的人，相關(guān)事件之間的思考能力就會(huì)受損。例如，一些患者會(huì)抱怨不記得昨天發(fā)生的事情，甚至不知道他們各自的配偶是誰等等。海馬體受損導(dǎo)致患者聯(lián)系新舊經(jīng)驗(yàn)和預(yù)測每天所做每一個(gè)決定產(chǎn)生可能后果的能力受損?！瓣P(guān)系處理”是大腦選擇做什么、說什么和怎么想的能力，做出這些決定是有意識(shí)的還是無意識(shí)的并不重要。

最早關(guān)于“關(guān)系處理”可能與海馬體相關(guān)的線索，源自于倫敦大學(xué)學(xué)院的約翰·奧基夫于1971年發(fā)表的研究報(bào)告。研究發(fā)現(xiàn)，老鼠在移動(dòng)時(shí)海馬體中被激活的神經(jīng)元細(xì)胞（這種被稱為“方位細(xì)胞”的神經(jīng)元），會(huì)在大腦里形成一個(gè)為嚙齒類動(dòng)物高效導(dǎo)航的空間位置心理地圖。

當(dāng)所有這些神經(jīng)細(xì)胞一起協(xié)同工作時(shí)，顯然起到了一種天然GPS系統(tǒng)的作用。海馬體中也存在一組能幫助老鼠定位的細(xì)胞。由于記憶系統(tǒng)在哺乳動(dòng)物進(jìn)化過程中被保留了下來，人類也可能擁有它們。

約翰·奧基夫認(rèn)為，海馬體的主要作用不是存儲(chǔ)記憶，而是充當(dāng)認(rèn)識(shí)世界的一種認(rèn)知地圖。但是，要閱讀地圖，你必須能夠從記憶中提取它。當(dāng)你去到一個(gè)陌生的地方時(shí)，有時(shí)你會(huì)有意識(shí)地向左拐彎，那正是海馬體讓你這么做的。

海馬體將我們每時(shí)每刻經(jīng)歷的一切，時(shí)間、空間、物體、面孔、品味、身體感覺、風(fēng)俗習(xí)慣、社會(huì)等級(jí)、風(fēng)景等等，結(jié)合在一起。研究人員將一些事件中的大腦活動(dòng)模式比喻為一束上下左右擺動(dòng)的氣球，海馬體將這些氣球打成一個(gè)小結(jié)，將它們束在一起。而這個(gè)小結(jié)就是海馬體提取那個(gè)特定事件記憶的代碼。一旦形成了這個(gè)小結(jié)，與那個(gè)特定事件相關(guān)的所有大腦活動(dòng)，包括視覺、聲音、情感、感覺都被聯(lián)系在一起。拉下那個(gè)結(jié)，所有的氣球都會(huì)隨之下降，或者拉動(dòng)其中一個(gè)氣球，就可以帶動(dòng)其他的氣球。

這些信息分別存儲(chǔ)在大腦的其他各個(gè)部分，包括視覺皮層、聽覺皮層等等，但是，海馬體會(huì)在第一時(shí)間將它們聯(lián)系在一起。海馬體是這場記憶盛會(huì)的主持人，或者說是氣球掌控者。海馬體與大腦皮層一起，處理通過我們的感官源源不斷進(jìn)入大腦的外部世界的印象，梳理哪些是新的信息，哪些是需要更新的信息，例如，企鵝和鴕鳥不會(huì)飛，盡管它們也屬于鳥類，用來更新“鳥會(huì)飛”這一原有的知識(shí)。

洛妮的海馬體受損之后，導(dǎo)致她的注意力和接收新信息的能力受到限制，也影響了她的記憶能力。在普林斯頓的實(shí)驗(yàn)室里，每一次她試圖進(jìn)行虛擬飛機(jī)著陸時(shí)，或進(jìn)行一次新的記憶測試時(shí)，研究人員都同時(shí)對她的大腦進(jìn)行掃描，他們一直在鍥而不舍地試圖了解，海馬體受損后她的大腦失去了哪些記憶能力，又保留下了哪些記憶能力。她的名字也許會(huì)和科學(xué)家們對大腦記憶的研究成果一起，出現(xiàn)在培養(yǎng)新一代神經(jīng)科學(xué)家的新版教科書中。