華師大攜手波士頓大學首次破譯大腦記憶密碼

2005年04月13日 新民晚報

　　華師大林龍年博士與波士頓大學錢卓教授合作——首次破譯大腦記憶密碼”

　　“大腦記憶密碼”終於被解開，今天上午，在此項研究的所在地——華東師範大學腦功能基因組學重點實驗室，研究的主持者之一林龍年博士為記者詳細介紹了破譯“密碼”的全過程。

　　觀察腦活動有了直觀“平台”

　　林龍年博士說，人類大腦是一個由約140億個神經元組成的繁複的神經網絡。但過去我們只能間接地通過對人的行為的測試來觀測腦記憶的形成，即使像我們大家熟知的腦電圖、核磁共振等檢測儀器，也只能觀察到大腦活動的一個“籠統”情況。如今他們的這項發現，就如同為人們觀察大腦活動搭建了一個直觀的“平台”，即通過檢測大腦編碼單元的活動狀態直接解讀大腦在學習過程中記憶的形成。

　　96根微電極插入小鼠“海馬”

　　林龍年問記者，你知道“海馬”嗎？這是一個與記憶密切相關的大腦結構，因其形似海馬而得名；它負責將人們新的經歷轉化為長期的記憶。海馬受損的病人會日復一日津津有味地閱讀同一張報紙，還總覺得自己是在看新聞(這一研究的另一位主持者錢卓，於1999年率研究小組，正是通過調節小鼠的海馬和前腦中的NR2B基因，在普林斯頓大學製造了著名的“聰明鼠”，揭示了學習與記憶過程中的重要分子機制)。那麼，記憶在神經網絡的層次上又是如何編碼的呢？換句話說，記憶在大腦中的物理形式是怎樣的呢？為了獲得這個對揭示大腦工作原理至關重要的答案，林龍年與錢卓一起，花了整整兩年，運用最新的高密度多通道在體記錄技術，以小鼠為對象進行了一系列的研究。
　　小鼠海馬腦區只有半粒米大小，為了儘可能多地觀測到單個神經元的活動情況，研究小組研製了世界上最輕巧的精細微電極推進器，把96根比頭髮還細得多的微電極插入小鼠的海馬區域，成功地記錄到了多達幾百個神經元的活動情況——傳統的方法在小鼠上只能記錄到幾個至二十幾個神經元。“這一步非常重要，”林龍年博士介紹說，“假如只能觀察到幾個神經元，就談不上對神經元群體的編碼進行分析了。”

　　記憶如何“刻骨銘心”

　　接下來，研究人員設計了幾種新穎的行為模式來研究小鼠的神經編碼，一種是在特定環境中給小鼠背部突然吹上一陣冷風，就像武俠小說中描寫的在月黑風高之夜，一陣突如其來的嗖嗖陰風會使人頓感毛骨悚然一樣，小鼠對這樣的刺激會感到驚恐。另一種有趣的模式是，把小鼠放在特製的小電梯中做自由落體下降，如同人們在乘坐的電梯突然失控墜落的過程中所獲得的記憶會刻骨銘心一樣，小鼠對這種極其刺激的經驗也會印象深刻。“由於這些經歷能夠產生令人難忘的記憶，我們猜想大腦中會有許多神經元參與這些記憶的編碼，因此我們希望通過巧妙的實驗設計與新記錄技術的結合，來探索和破譯大腦編碼的奧秘。”
　　其後的實驗觀察發現，小鼠的海馬區對這種驚嚇刺激果然有着各種各樣的放電反應，根據它們的反應特徵，研究人員發現這些神經元組成了記憶編碼的神經網絡單元。更有意義的是，這些編碼單元通過它們的激活狀態可以把任何一種驚嚇經歷轉化成一串二進制數字，這種數字化的編碼形式使得科學家們能夠對不同的個體乃至不同種群動物的大腦編碼活動進行直接的比較和分析。在觀察到了這一有趣的編碼方式後，錢卓教授曾感慨地說：“大腦記憶系統這種精美的操作設計真令人嘆服！”

　　本報記者 宋錚

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　　“海馬”編碼方式人鼠一致
　　人腦和鼠腦乃至世界上大多數哺乳動物大腦的“海馬”，雖然神經元數量不同，但所用的編碼方式都是一樣的。由此，科學家們推測，人的大腦很有可能利用同樣的原理來完成記憶之外的其他高級認知功能，如情緒、思維、意識等。
　　林龍年41歲，華東師大“腦功能基因組學研究所”副教授。華東師範大學生物學系博士畢業，在美國普林斯頓大學分子生物學系錢卓實驗室完成博士後工作。2004年1月回國，主持教育部、上海市腦功能基因組學重點實驗室神經編碼網絡技術平台建設，擔任“大腦編碼分析實驗室”學科帶頭人。他的主要研究方向是：學習記憶的神經編碼機制。主要運用在體記錄技術，從神經元網絡活動水平研究大腦學習記憶過程中的群體神經元編碼規律。
　　錢卓43歲，美國波士頓大學華裔教授，現任華東師範大學腦功能基因組學重點實驗室主任，教育部長江講座教授。他於1999年首創單個基因植入技術，通過把複製的老鼠NR2B基因植入老鼠胚胎，?岣咂溲�蠅坞记忆能力，硶瘭艊慢出首批“磸B魘蟆保�蛹喫证明了NR2B基因是控制大腦學習和記憶的“開關”。這一成果被評為當年世界十大科技成就。