科技行者科学家创造了全球第一个人造记忆

科学家创造了全球第一个人造记忆

科学家创造了全球第一个人造记忆

科学家创造了全球第一个人造记忆

2019年9月4日 12:48:23 科技行者
  • 分享文章到微信

    扫一扫
    分享文章到微信

  • 关注官方公众号-科技行者

    扫一扫
    关注官方公众号
    科技行者

经验与记忆,一直被认为是密不可分的。​但最近,却有科研人员成功构建了一个全人工的记忆。

来源:科技行者 2019年9月4日 12:48:23

关键字:脑科学

科学家创造了全球第一个人造记忆  

人类从自身与世界的交互当中不断学习,这样的学习经历所带来的记忆则有助于指导我们的下一步行为。经验与记忆,二者密不可分——至少从根本上密不可分。

但最近,有报道称科研人员已经成功构建了一个全人工的记忆。利用实验室动物,研究人员通过绘制大脑回路来反向设计出特定的自然记忆。由此创造出的人工记忆,将以完全等同于自然记忆的方式进行保存与回忆。

记忆是一种非常重要的元素,能够帮助生物通过自身经历建立起身份观念。而这项研究之所以值得高度关注,是因为它证明了通过操纵大脑中的特定电路,记忆完全可以与经历拆分开来,即在毫无真实体验的情况下形成。这项工作也表明,我们可以人为刺激大脑当中通常与某些特定经历相关的回路,借此将这些回路联系在一起。同时,这样的记忆同样能够在真实环境中适当通过的感官线索被引发。

此项研究为大脑当中的记忆形成方式建立起了一些基础性理解,同时也有力推动了包括记忆转移、修复增强以及擦除在内的新兴记忆操作科学的发展。这些努力有望对无数受众产生巨大影响——特别是那些挣扎在记忆障碍当中或者留下难以磨灭的创伤性记忆的人们,这也把此次研究的意义提升到了社会学与伦理学的层面。

在最近的研究当中,通过训练老鼠将特定气味(樱花)与脚下的电击联系起来形成自然记忆,它们学会了避免将另一种不同的气味(香芹籽)带到矩形测试室的另一端。香芹籽的香味来自一种名为香芹酮的化学物质,而樱花的香味则来自另一种化学物质苯乙酮。研究人员们发现,苯乙酮能够在离散型嗅觉感觉神经细胞上激活特定类型的受体。

接下来,他们转向另一种复杂的技术——光遗传学,用以激活这些特定的嗅觉神经细胞。根据光遗传学,他们利用光敏蛋白刺激特定神经元,以响应通过手术植入至脑部、用于传递光线的光纤。在第一次实验当中,研究人员使用了仅在苯乙酮敏感型嗅觉神经中制造光敏蛋白的转基因动物。通过将脚下的电击与对苯乙酮敏感的嗅觉神经光刺激进行配对,研究人员帮助动物把这两者联系了起来。在后来进行测试时,他们发现老鼠会刻意回避樱花的气味。

第一步实验,表明动物并不需要实际体验气味,也同样能够记得气味与脚部电击之间的联系。但是,这仍不属于完全人造的记忆,因为电击的感受非常真实。为了构建起全人工记忆,科学家们还需要模仿脚部电击引起的神经活动,并以直接脑刺激的方式重现这种感觉。

早期研究显示,被称为腹侧被盖区(VTA)的结构中的特定神经通路,对于脚部电击带来的负面感受起到重要作用。为了创造出真正的人工记忆,研究人员需要利用等同于刺激嗅觉神经的方式刺激CTA,但转基因动物只能在这些神经中产生光敏蛋白。而为了使用光遗传学刺激,他们在相同的转基因小鼠中继续刺激嗅觉神经,同时利用病毒将光敏蛋白引入VTA当中。光刺激嗅觉受体负责模拟樱花的气味,VTA刺激则负责模拟因脚部电击带来的负面感受。最终,这些小动物成功想起了人工记忆,它们躲开了从未闻到过的气味,回避了从未受到过的电击。

长久以来,人们关于大脑中的记忆是如何形成的,以及记忆形成过程中引发的大脑物理变化——一直不甚了然。在这项研究中,创造新记忆的特定大脑区域内的电刺激同时也激活了已知参与记忆形成的其它大脑区域,包括被称为基底外侧杏仁核的区域。因为神经细胞通过突触连接进行彼此通信,所以我们可以确信突触活动变化决定记忆形成的假设基本成立。

对于构造简单的动物,例如海蜗牛,我们可以通过提取RNA进行移植的方式,将它们的记忆进行转移(RNA当中包含有与记忆相关的动物神经中所产生蛋白质的代码)。而通过记录受训动物记忆中心(即海马体)部位的电活动,我们也可以刺激受体动物产生类似的神经活动模式,从而在啮齿动物之间实现部分记忆转移。这一过程实际上就是对特定神经回路中的电活动进行刺激,从而引出记忆内容。在记忆转移的情况下,具体模式来自受训动物;而在光遗传学研究中,与记忆相关的电活动模式则是在新的目标小鼠脑内重新建立而成。这是首例成功的人工记忆记录,能够帮助我们对于记忆的形成过程组织起基本的理解。

对记忆的研究与操纵尝试正在快速发展。在国防高级研究计划局(DARPA)的支持下,研究人员们开发出一种“记忆假体”,旨在通过对人脑中的记忆中心进行电刺激以增强记忆的形成与回忆能力。与之对应,我们还可以利用所谓Eternal Sunshine药物(zeta抵制肽,简称ZIP)实现记忆删除。这里的Eternal Sunshine,名字源自好莱坞电影《美丽心灵的永恒阳光》,研究人员们希望借此治疗慢性创伤性记忆。

记忆被称为“灵魂的抄写员”,它也是个人经历的源泉。有些人可能希望恢复所有或者一部分丢失的记忆。另一些人,包括患有创作后应激障碍或者慢性疼痛疾病的人们,则可能试图擦除记忆以缓解那些不快的经历。

当然,以上用于创造人工记忆的方法还不会很快被应用在人类身上:首先,我们人类并不像实验动物那样以转基因形式培育,我们也不可能接受多次光纤植入与病毒注射。然而,随着技术与战略的不断发展,操纵人类记忆的可能性正在逐步提升。DARPA等军事机构的参与,也使得越来越人怀疑这些实验背后的动机。这里面是否存在着一些可能令人害怕,或者说不应该甚至绝不能尝试的行为?可以肯定,人工记忆有很大机率带来反乌托邦式的后果。

无论如何,创造人工记忆,都使我们进一步了解了记忆是如何形成的,这将最终帮助我们理解并治疗像阿尔茨海默病这类可怕的疾病。但与此同时,记忆也是我们人类内心最深处的核心,因此我们应当确保一切对记忆的操纵都遵守必要的道德准则。