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记忆单词是使大脑独一无二的关键吗?

发布时间:2020-12-25 10:12 来源:新浪科技

  如果让你随意地想出5个单词,你会想到什么?对如今的许多美国人来说,有一组单词已经深深印在他们的记忆里,那就是“person,woman,man,camera,TV”(人、女人、男人、相机、电视)。在一次采访中,美国总统唐纳德·特朗普透露自己参加了一项认知测试,其中一道关于记忆力的题便是按顺序复述这5个单词。
  我们可以将个人经历与获得的信息结合起来,比如特朗普的这一行为,由此形成相互关联的记忆,一经提示就可以回忆起来。健康的大脑可以很容易做到这一点,仿佛这是稀松平常的事情。毕竟,除了为考试而死记硬背,我们也经常刻意地记忆某些东西。我们能够记住5个单词的顺序,也能想起5年前生日时发生的事件。某个问题、某个场景或某种气味都能唤起我们的记忆,细加思索,这样的能力不得不令我们感到惊奇,尽管大多数人都认为这稀松平常。如果能看见一个完整的记忆系统,相信你静下心来慢慢欣赏。
  近日,英国莱斯特大学系统神经科学中心主任罗德里戈·基罗加就这一课题发表了一篇论文,此前他对“詹妮弗·安妮斯顿神经元”进行了深入研究。所谓“詹妮弗·安妮斯顿神经元”即著名的祖母细胞,是一种假想中的神经元,最初由波兰神经科学家Jerzy Konorski提出。这个假说认为,特定的脑细胞能代表某些高度细化的概念,无论是物体还是人。换言之,当特定的概念出现时,“祖母”神经元才会被激活(2005年的一项研究显示,大脑中有些神经元会选择性地针对比尔·克林顿和詹妮弗·安妮斯顿做出反应)。
  人类内侧颞叶中的许多神经元都具有这样的“概念细胞”,它们的行为在其他动物中还未被观察到。只有医学上的偶然事件,比如需要对难治性癫痫患者进行颅内记录时,才能为科学家提供窥视人类大脑的难得机会。基罗加在2012年发表于《自然-评论》的一篇神经科学论文中指出:“这些神经元的表征具有稀疏、明确和抽象的特点,对于记忆功能至关重要,比如产生联想,以及导致情节记忆和意识流的相关概念之间的转换。”
  基罗加的新论文题目为《人类海马体中没有模式分离》,可以说是他关于“詹妮弗·安妮斯顿神经元”假说的研究续篇。他认为,概念细胞对我们形成记忆和提取记忆的能力至关重要,同时能让我们在其他几个认知能力上表现得更好。“我认为,”他写道,“在记忆编码中缺乏模式分离可能具有深刻的含义,可以解释人类独有的认知能力,例如我们的概括能力、创造性和抽象思维能力。”
  人类的海马体是一个微小的海马状结构,几乎参与了从空间导航到记忆的所有功能。它与周围的海马旁区域和皮质一起形成内侧颞叶,这是一个让我们形成和存储陈述性记忆——关于个人经历和事实信息的记忆——的感觉中枢。内侧颞叶接收到的许多感觉信号已经被大脑的其他部分很大程度上处理过了。这些信号往往代表更复杂的概念,可以让内侧颞叶的神经元对世界上丰富的特征做出反应。基罗加认为,人类能以独特的方式形成和利用这些记忆,而不像许多其他物种那样使用模式分离的方式,从而巩固了我们的特殊性。
  大脑主要通过模式分离的方式来将丰富的表征转化为可区分的陈述性记忆。假设有两个由内侧颞叶的不同神经元所代表的事件,二者具有明确的先后顺序,比如先听到“person”(人)这个单词,再听到另一个单词“woman”(女人)。这两个单词的神经表征将通过“人”神经元和“女人”神经元之间连接的变化串在一起。这使得内侧颞叶的神经活动形成一个组合模式,表征一个序列——单词“人”后面跟着“女人”。通过这种方式,概念和事件可以联系在一起,形成联想和记忆。
  这些记忆一旦形成,一个局部的提示就很容易让你回忆起来。当被问到“人”这个单词后面跟着什么时,就会激活大脑内侧颞叶与这个单词相关的记忆活动模式。大脑该区域的关键特征之一,便是有能力完成这些局部的活动模式。“人”模式的激活会导致“女人”模式的激活,从而使大脑记住这个序列。
  现在,请想象学习两个独立的单词序列——“person,woman,man”(人、女人、男人)和“person,camera,TV”(人、相机、电视)。这两个序列都可以激活内侧颞叶的“人”神经元,大脑随后将激活与这两个序列中的单词相关的其他神经元,完成记忆过程。为了防止记忆混淆的发生,内侧颞叶会进行计算,将两个序列分开。最终结果就是两组完全不同的神经元代表了这两个序列。
  执行模式完成和模式分离的能力是至关重要的。没有这种能力,我们就无法形成和提取有意义的独特记忆,因为任何两段记忆的许多方面都会重叠。从小鼠、大鼠、猴子的实验中得到的证据,甚至一些对人类的功能性磁共振成像(fMRI)研究的证据,都支持了这样的观点,即内侧颞叶正是以这种方式——尤其是海马体执行模式完成和模式分离——来表征世界。
  但基罗加认为,人类内侧颞叶并不是以这种方式进行模式分离的。他认为,人类大脑用不同的方式来表征世界。他认为,fMRI成像研究似乎能表明人类内侧颞叶进行了模式分离,但这其实是因为fMRI成像没有达到捕捉单个神经元活动的分辨率。基罗加声称,当记录这些单个神经细胞的活动时,会出现一幅完全不同的画面。
  基罗加认为,神经元表现出的显著选择性并不是绝对的。想象一下,当他教你把成龙和另外两个演员——克里斯·塔克和李小龙——联系起来时,就出现了两组演员搭档,二者都有成龙。在模式分离的情况下,成龙和克里斯·塔克以及成龙和李小龙之间的两种联系将由完全不同的细胞组来表征。也就是说,在一组神经元中代表成龙的细胞不能在另一组中代表成龙。
  基罗加注意到,在联系形成之后对单个神经元进行观察时,一些“成龙细胞”会对克里斯·塔克或李小龙的图像做出反应。这两种模式具有某种共性,即共享着一部分“成龙细胞”。基罗加表示,这种细微区分而非完全区分的能力,可能才是我们注意到不同事物之间的相似性,从而激发出新想法的核心能力。
  对于基罗加关于人类独特性的研究结果,许多人都提出了质疑。一些科学家指出,用能对这些特定概念作出反应的细胞来表征世界在计算上是不切实际的,因为这要求每个新概念都需要一个新的细胞,而大脑拥有的神经元数量是有限的。他们提出了另一种理论,即不同概念由一种独特的活动模式来表征,其中任何给定的细胞都可以对许多不同的概念做出反应——比基罗加在模型中假设的更多——同时允许该模式作为一个整体保持独特性。如果对世界的表征不使用概念细胞,那么基罗加提出的表征和记忆之间的联系将会发生怎样的变化,目前还不得而知。
  另一个论据与生物演化有关,并应用了奥卡姆剃刀理论,即最简单的解释通常是正确的。海龟能够学会让它们年复一年爬上同一片海滩产卵的一般规则,尽管它们用来导航的水下物体及其特征在不断变化。在印度,一旦大象把电栅栏和疼痛联系在一起之后,它们就会用新的方法来识别并弄坏电栅栏。神经科学家对乌鸦这样的鸟类越来越感兴趣,因为它们似乎能够以反映人类认知的方式进行创造性思维。这三个物种的大脑看起来都与人类的大脑不同,正如它们与其他动物的大脑也有所不同,但确实都表现出了模式分离。
  在动物界中,可能还存在着更多令人印象深刻的概括能力和创造力的例子——我们当然也是其中的一部分。这些位于演化树上不同分支上的动物,是否也不会进行模式分离呢?似乎不太可能,因为这将意味着模式分离的缺失至少独立演化过4次。但如果假设我们和这些动物做的是同样的事情,并因此能够表现出惊人的创造力和概括能力,那就太过简化了。
  一种可能性是,表征的重叠可能相当于模式分离的中间步骤,而不是人类中不存在模式分离的标志。在内侧颞叶另一个稍微不同的位置对神经元进行记录,或许能揭示基罗加所认为的缺失究竟是什么。或者,也许是在非人类动物身上做的实验过于简单,看不到基罗加在人类实验中看到的模式分离的缺失。无论如何,我们需要更多的证据,从人类和非人类模式生物的实验中寻找答案,来验证基罗加的假设是否正确。就目前而言,正如一句格言所说:缺乏证据不一定就代表没有证据。
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