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資料圖

我們可以將個人經歷與獲得的信息結合起來,比如特朗普的這一行為,由此形成相互關聯的記憶,一經提示就可以回憶起來。健康的大腦可以很容易做到這一點,仿佛這是稀松平常的事情。畢竟,除瞭為考試而死記硬背,我們也經常刻意地記憶某些東西。我們能夠記住5個單詞的順序,也能想起5年前生日時發生的事件。某個問題、某個場景或某種氣味都能喚起我們的記憶,細加思索,這樣的能力不得不令我們感到驚奇,盡管大多數人都認為這稀松平常。如果能看見一個完整的記憶系統,相信你靜下心來慢慢欣賞。

近日,英國萊斯特大學系統神經科學中心主任羅德裡戈·基羅加就這一課題發表瞭一篇論文,此前他對“詹妮弗·安妮斯頓神經元”進行瞭深入研究。所謂“詹妮弗·安妮斯頓神經元”即著名的祖母細胞,是一種假想中的神經元,最初由波蘭神經科學傢Jerzy Konorski提出。這個假說認為,特定的腦細胞能代表某些高度細化的概念,無論是物體還是人。換言之,當特定的概念出現時,“祖母”神經元才會被激活(2005年的一項研究顯示,大腦中有些神經元會選擇性地針對比爾·克林頓和詹妮弗·安妮斯頓做出反應)。

人類內側顳葉中的許多神經元都具有這樣的“概念細胞”,它們的行為在其他動物中還未被觀察到。隻有醫學上的偶然事件,比如需要對難治性癲癇患者進行顱內記錄時,才能為科學傢提供窺視人類大腦的難得機會。基羅加在2012年發表於《自然-評論》的一篇神經科學論文中指出:“這些神經元的表征具有稀疏、明確和抽象的特點,對於記憶功能至關重要,比如產生聯想,以及導致情節記憶和意識流的相關概念之間的轉換。”

基羅加的新論文題目為《人類海馬體中沒有模式分離》,可以說是他關於“詹妮弗·安妮斯頓神經元”假說的研究續篇。他認為,概念細胞對我們形成記憶和提取記憶的能力至關重要,同時能讓我們在其他幾個認知能力上表現得更好。“我認為,”他寫道,“在記憶編碼中缺乏模式分離可能具有深刻的含義,可以解釋人類獨有的認知能力,例如我們的概括能力、創造性和抽象思維能力。”

人類的海馬體是一個微小的海馬狀結構,幾乎參與瞭從空間導航到記憶的所有功能。它與周圍的海馬旁區域和皮質一起形成內側顳葉,這是一個讓我們形成和存儲陳述性記憶——關於個人經歷和事實信息的記憶——的感覺中樞。內側顳葉接收到的許多感覺信號已經被大腦的其他部分很大程度上處理過瞭。這些信號往往代表更復雜的概念,可以讓內側顳葉的神經元對世界上豐富的特征做出反應。基羅加認為,人類能以獨特的方式形成和利用這些記憶,而不像許多其他物種那樣使用模式分離的方式,從而鞏固瞭我們的特殊性。

大腦主要通過模式分離的方式來將豐富的表征轉化為可區分的陳述性記憶。假設有兩個由內側顳葉的不同神經元所代表的事件,二者具有明確的先後順序,比如先聽到“person”(人)這個單詞,再聽到另一個單詞“woman”(女人)。這兩個單詞的神經表征將通過“人”神經元和“女人”神經元之間連接的變化串在一起。這使得內側顳葉的神經活動形成一個組合模式,表征一個序列——單詞“人”後面跟著“女人”。通過這種方式,概念和事件可以聯系在一起,形成聯想和記憶。

這些記憶一旦形成,一個局部的提示就很容易讓你回憶起來。當被問到“人”這個單詞後面跟著什麼時,就會激活大腦內側顳葉與這個單詞相關的記憶活動模式。大腦該區域的關鍵特征之一,便是有能力完成這些局部的活動模式。“人”模式的激活會導致“女人”模式的激活,從而使大腦記住這個序列。

現在,請想象學習兩個獨立的單詞序列——“person,woman,man”(人、女人、男人)和“person,camera,TV”(人、相機、電視)。這兩個序列都可以激活內側顳葉的“人”神經元,大腦隨後將激活與這兩個序列中的單詞相關的其他神經元,完成記憶過程。為瞭防止記憶混淆的發生,內側顳葉會進行計算,將兩個序列分開。最終結果就是兩組完全不同的神經元代表瞭這兩個序列。

執行模式完成和模式分離的能力是至關重要的。沒有這種能力,我們就無法形成和提取有意義的獨特記憶,因為任何兩段記憶的許多方面都會重疊。從小鼠、大鼠、猴子的實驗中得到的證據,甚至一些對人類的功能性磁共振成像(fMRI)研究的證據,都支持瞭這樣的觀點,即內側顳葉正是以這種方式——尤其是海馬體執行模式完成和模式分離——來表征世界。

但基羅加認為,人類內側顳葉並不是以這種方式進行模式分離的。他認為,人類大腦用不同的方式來表征世界。他認為,fMRI成像研究似乎能表明人類內側顳葉進行瞭模式分離,但這其實是因為fMRI成像沒有達到捕捉單個神經元活動的分辨率。基羅加聲稱,當記錄這些單個神經細胞的活動時,會出現一幅完全不同的畫面。

基羅加認為,神經元表現出的顯著選擇性並不是絕對的。想象一下,當他教你把成龍和另外兩個演員——克裡斯·塔克和李小龍——聯系起來時,就出現瞭兩組演員搭檔,二者都有成龍。在模式分離的情況下,成龍和克裡斯·塔克以及成龍和李小龍之間的兩種聯系將由完全不同的細胞組來表征。也就是說,在一組神經元中代表成龍的細胞不能在另一組中代表成龍。

基羅加註意到,在聯系形成之後對單個神經元進行觀察時,一些“成龍細胞”會對克裡斯·塔克或李小龍的圖像做出反應。這兩種模式具有某種共性,即共享著一部分“成龍細胞”。基羅加表示,這種細微區分而非完全區分的能力,可能才是我們註意到不同事物之間的相似性,從而激發出新想法的核心能力。

對於基羅加關於人類獨特性的研究結果,許多人都提出瞭質疑。一些科學傢指出,用能對這些特定概念作出反應的細胞來表征世界在計算上是不切實際的,因為這要求每個新概念都需要一個新的細胞,而大腦擁有的神經元數量是有限的。他們提出瞭另一種理論,即不同概念由一種獨特的活動模式來表征,其中任何給定的細胞都可以對許多不同的概念做出反應——比基羅加在模型中假設的更多——同時允許該模式作為一個整體保持獨特性。如果對世界的表征不使用概念細胞,那麼基羅加提出的表征和記憶之間的聯系將會發生怎樣的變化,目前還不得而知。

另一個論據與生物演化有關,並應用瞭奧卡姆剃刀理論,即最簡單的解釋通常是正確的。海龜能夠學會讓它們年復一年爬上同一片海灘產卵的一般規則,盡管它們用來導航的水下物體及其特征在不斷變化。在印度,一旦大象把電柵欄和疼痛聯系在一起之後,它們就會用新的方法來識別並弄壞電柵欄。神經科學傢對烏鴉這樣的鳥類越來越感興趣,因為它們似乎能夠以反映人類認知的方式進行創造性思維。這三個物種的大腦看起來都與人類的大腦不同,正如它們與其他動物的大腦也有所不同,但確實都表現出瞭模式分離。

在動物界中,可能還存在著更多令人印象深刻的概括能力和創造力的例子——我們當然也是其中的一部分。這些位於演化樹上不同分支上的動物,是否也不會進行模式分離呢?似乎不太可能,因為這將意味著模式分離的缺失至少獨立演化過4次。但如果假設我們和這些動物做的是同樣的事情,並因此能夠表現出驚人的創造力和概括能力,那就太過簡化瞭。

一種可能性是,表征的重疊可能相當於模式分離的中間步驟,而不是人類中不存在模式分離的標志。在內側顳葉另一個稍微不同的位置對神經元進行記錄,或許能揭示基羅加所認為的缺失究竟是什麼。或者,也許是在非人類動物身上做的實驗過於簡單,看不到基羅加在人類實驗中看到的模式分離的缺失。無論如何,我們需要更多的證據,從人類和非人類模式生物的實驗中尋找答案,來驗證基羅加的假設是否正確。就目前而言,正如一句格言所說:缺乏證據不一定就代表沒有證據。

Source: m.cnbeta.com