華東師大科學家破譯「大腦記憶密碼」(圖)

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研究人員正在通過儀器努力讀懂小鼠的思維。

　　本報訊據上海青年報15日消息戴上一頂非常精密的「儀器帽」，就能在電腦顯示屏上清楚地「讀」出你在想什麼———這種科幻片中常常出現的情景，昨天就在華東師範大學腦功能基因組學研究所上演。不過，戴「帽子」的是灰色小老鼠。

　　該研究所林龍年副教授與美國波士頓大學錢卓教授合作，在世界上首次發現了大腦記憶的編碼單元，並使人類能夠通過儀器監控直接看到大腦在學習過程中是如何形成記憶的。這一重要研究成果發表於最新一期的《美國科學院院報》。

　　小鼠主演「恐怖片」

　　為了獲取大腦記憶的「密碼」，科學家設計了一個簡單的「恐怖片」，讓幾隻試驗用的小鼠充當主角。

　　首先在小鼠頭上戴一頂特殊的「帽子」———這是研究小組研製出的世界上最輕巧的精細微電極推進器，96根比頭髮絲細得多的微電極就插入小鼠大腦的海馬區域，這裡是形成長久記憶的關鍵區域。這些微電極能夠記錄到小鼠260個腦神經元的活動情況，並將其顯示在電腦屏幕上。

　　然後，科學家設置了三個恐怖情節。一是「月黑風高夜」，就是在特定環境中給小鼠背部突然吹一股冷風，讓它毛骨悚然；二是「電梯失控下墜」，就是把小鼠放在特製的小電梯中，做自由落體下降，猛然著地；三是「地震刺激」，小鼠被放在特製的小電梯中，然後電梯突然猛烈地左右搖晃。

　　「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。」錢卓教授說。

　　「讀」懂小鼠所「思」

　　科學家們發現，小鼠每次經歷「險境」時，在海馬區域的許多神經元對這種驚嚇刺激果然有著各種各樣的放電反應。而且，研究人員發現，一小撮神經元能夠組成記憶編碼的神經網絡單元，對於相同的刺激，這一小撮神經元的反應基本相同；而對於另一些刺激，這一小撮神經元可能毫無反應。

　　科學家們通過這些編碼單元的激活與否，把每一種驚嚇經歷轉化成一串二進位數字，這種數位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。

　　在分析了大量的神經元活動情況之後，林龍年和他的同事們終於「讀」懂了這本「天書」。他們現在已經可以根據小鼠神經元的活動情況，反推出當時小鼠是受到了哪種驚嚇刺激，正確率100%%。

　　儀器讀人類思維理論可行

　　雖然目前林龍年的實驗對象只是小鼠，但是，因為人腦和鼠腦乃至世界上大多數哺乳動物大腦的「海馬」所用編碼方式都是一樣的，因此，科學家們推測，人的大腦很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。

　　這是否意味著，以後在人的腦袋上也戴一頂同樣的機器「帽子」，然後我們就可以坐在電腦前「看」他在想些什麼？林龍年表示這從理論上來說是可能的，但從技術操作上難度太大。

　　首先，人類大腦有140億個神經元，目前最先進的儀器也只能讀到小鼠的260個神經元，所以要研發出一種能夠監控140億個神經元的「帽子」難度非常大，給人的大腦插上電極，還有倫理和實際操作方面的困難。

　　現場聆聽小鼠思考

　　「咔噠、咔噠———」這不是小鬧鐘的秒針走過的聲音，而是一隻灰色的小老鼠「思考」的聲音。記者昨天在林龍年副教授的實驗室中，通過儀器聽到了小鼠大腦神經元的活動聲。

　　小鼠頭上插著一個特製的精細微電極推進器，這是監控它大腦活動的「探頭」。這隻小鼠正在玩木製的汽車、娃娃。從顯示器上看，它的大腦神經元活動很平靜，「咔噠、咔噠」的神經元活動聲也很均勻。這時，林龍年伸手過去，它機警地躲開，而顯示屏上顯示的神經元活動立即密集起來，很多原來未激活的神經元都活躍起來，「咔噠」聲的節奏也有所變化。看來，小鼠對於敵人「入侵」產生了一些「想法」。

　　機器人有望獨立思考

　　林龍年副教授昨日表示，一旦人類大腦的記憶原理完全被破解，就可以據此研製出具有人類思維方式的機器人，他們能夠獨立思考，懂得聯想，甚至有情有義。這種前景讓人又喜又憂，可能是美麗的畫卷，也可能給人類帶來滅頂之災。當然，這種構想還非常遙遠，但卻再次證明了科學是把雙刃劍。