人类的大脑世界

人类的大脑世界

在小鼠海马神经元网络发现了编码惊吓情景经历的神经编码单元。

这些编码单元通过它们的激活状态可以把任何一种惊吓经历转化成一串二进制数字。

这种数字化的编码形式使得科学家们能够对不同的个体乃至不同种群动物的大脑编码活动进行直接的比较和分析。

一阵冷风吹过咔喳、咔喳

屏幕上的脑电波突然偏离了稳定的行走路线冲动了起来就像零落奔跑的脚步声向实验室袭来。

这不是什么悬疑电影的场景而是一只灰色的小老鼠回忆的声音。

这个声音让41岁的林龙年这位华东师范大学脑功能基因组学研究所副教授着迷。如果恰巧你就在身边他会告诉你这是小鼠受到刺激之后我们观测到的脑电波此时此刻在小鼠大脑里真实发生的是一场电波乱窜的情景宛如宇宙中无数的流星无序地对接产生耀眼的光芒。

这一切和人脑的记忆很相似当我们遇到终生难忘的事情我们的大脑就是这样把电闪雷鸣般的记忆变成烙印。

wo(我)们究竟是怎么记住纷繁复杂的世界我们把所有的记忆存放在大脑的哪里我们又是怎样存放的是不是像福尔摩斯所说人类的记憶就像一个阁楼多装一些有益的就要清除一些无用的20__年4月12日林龙年与美国波士顿大超右脑照相记忆法学钱卓教授在世界上首次发现大脑记忆的編码单元与大脑密码的解读方法。美国科学院院士、著名神经学家Tom Sudhof教授评价说：肯定会对神经领域的研究产生深远影响。

林龙年对大脑神经元网络的基本运作规则的探索就是解答大脑怎样来储存信息又是怎样通过记忆加工的方法对信息进行处理就和电脑的编程一样。研究大脑神经元在网络层次上的编码将一步步展示出人类大脑是如何进行记忆的。

海马掌握记忆秘匙

现今科_ue(学)家的研究表明记忆不是一种分子并非这个分子代表了一个人脸或者鼻子不管是DNA、RNA蛋白质都不可能代表一种记忆。记忆在脑内到底是怎樣一种藏法呢大多数科学家认为记忆存储在大脑神经元的網络上。

大脑的结构很复杂的人脑由140亿个神经元组成据说比银河系所有星星的数量还多更复杂的是每个神经元与神经元之间都有连接在140亿个神经元的每个上面又有几万个连接这就形成一个复杂的网络。

在与记忆密切相关的大脑结构中海马(因其形似海马而得名)发挥着举足轻重的作用它负责将人们新的经历转化为长期的记忆。

海马对记忆的重要作用早在1957年就被科学家发现了。当時有个病人叫H.M年幼时摔了一跤后患上癫痫27岁的时候必须要做切除手术。癫痫就是正常神經元的发疯过量地放电这个病人的癫痫正好在海马区域只要把这块发病细胞拿掉就可以治愈癫痫。但这个病人的双侧海马都有问题所以把他的双侧海马都拿掉了。医生发现每次回来复诊的时候H.M都会向医生重新作自我介绍就让医生觉得奇怪。结果进行了系统的分析以后发现H.M的长时记忆都没有问题暂时记忆都很好只是不能把新的暂时记忆变成长时记忆。

这个发现相当于告诉所有研究记忆的科学家海马是多么神秘的地带。

1999年钱卓和其领导的研究小组正是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制造了著名的聪明鼠揭示了学习与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憶并且在此后提取自己的记忆并且表達信息这成为研究组一直思考的问题。

神经元网络的运动轨迹

20__ 如何提高记忆力年林龙年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。

我们猜想大脑中会有许多神元参与这些记忆的编码所以我们想通过巧妙的实验设计和最新的技术相结合來探索大脑中记忆编码的奥秘。林龙年说。

多通道在体记录技术的出现使得林龙年和他的同事们研究成为可能。

这种技术在时间和空间的分辨率都很高：在时间上可以缩短到毫秒级这个正是神经元细胞单位运动的时间;空间上可以针对单个神经元细胞一个神经元细胞的直径是20微米左右。林龙年动手研制了世界上最轻巧的96-通道微电极驱动装置将96根比头发还细得多的微电极悬浮于要研究的小鼠脑细胞之上可以避免将小鼠所有脑细胞杀死同时观察到小鼠海马区260个神经元组成网络的运动情况。而过去记录小鼠神经元活动的最高纪录是40多个电极个数的最高纪录也只有10多个。

小鼠头上插着一个96-通道微电极驱动装置推进器这是监控它大脑活动的探头。为了帮小鼠减负科学家在这个推进器上方系了一个老虎形状的大qi(气)球免得压得小鼠抬不起头来。这只小鼠正在自己的窝里玩玩具几个木制的汽车、娃娃。从显示器上看它的大脑神经元活动很平静咔嗒咔嗒的神经元活动声也很均匀。

林龙年设计了三个强烈的刺激。

第一个实验如同武侠小说里夜黑风高的场景小鼠被背后吹来的一阵冷风吓了一跳;第二个实验是小鼠被放在一个小盒子li(里)盒子快速地晃动模拟地震时的振动;第三个实验就是自由落体实验模拟坐过山车时的强烈刺激。

这三个实验在两个小时里依次进行中间有间隔的时间每种刺激反复给出7次。

在研究室的电脑屏幕上神经元变化图密密麻麻地记录了小鼠刚才的所思所想。

海马区的神经元只有两种状态要么活动要么不活动。小鼠在每次历险时電脑上的神经元活动图像出現了强烈的反应：在所有260个神经元里有的神经元放电频率变快有的变慢有的就停下来一段时间表现了不稳定性。有15个神经元给了同样的刺激每个神经元的放电频率都在增加增加的量都不一样反应都不稳定。可以想象一下在强烈的刺激下小鼠的脑内好似产生了无数次的电闪劈劈啪啪地跳跃不停。

这些不稳定的神经元的反应又说明了什么

发现记忆编码

单个神经元怎么来编码这是個很难回答的问题。Lin(林)龙年考虑到了一个多神经元编码的可能。他把有反应的神经元都拿出来进行统计。

假如成组观察的话林龙年发现它们的反应都很稳定：有的组的神经元只对吹冷气的实验有反应有的组只对自由落体的实驗有反应而它们各自对其他组都没有反应。接着林龙年对每个组的神经元进行了编码结果发_ian(现)在反复刺激下这样的编码永远不会重复林龙年覺得这个结论可以作为大脑对外界活动的一个表征。

其实不管什么记忆都不像我们以前认为的单个神经元在起编码作用而关键是这个神经元是否参与这个事件的反应。实验中林龙年还发现一个有趣的现象就是有一组特质神经元和惊恐刺激有关他将它命名为神经编码单元。

简单地说记忆编码是以单元活动的而不是受某一个神经元的变化所控制。科学家们tong(通)过这些编码单元的激活与否把每一种惊吓经历转化成一串二进制数字这种数字化的编码形式使得他们能够对不同的个体乃至不同种群动物的大脑编码活动进行直接的比较和分析。

在分析了大量的神经元活动情况后研a

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