記憶幫助我們學習和成長，是人類最必要的本能之一。但並不是所有的記憶都希望被永久保留，從戰場歸來計程車兵，儲存了很多創傷性的記憶，可能會影響他們的一生。科學家發現大腦內有很多可塑性變化，在不遠的將來，我們可以延緩需要的記憶，消除不需要的記憶。什麼是“水迷宮”？大腦的什麼地方控制學習？海馬中突觸的可塑性是怎麼產生的？多肽能治療阿爾茨海默症嗎？

以下內容為中國科學院深圳理工大學（籌）生命健康學院院長王玉田演講實錄：

今天跟大家交流的主題是“記憶”，它是我們一生中最必要的一個本能。

我想記憶是大家都比較熟悉，而且非常感興趣的話題。為什麼？

是因為我們的大腦基本上控制我們的一切，記憶幫助我們學習和成長，整個生命過程都需要記憶伴隨我們。

在我們的一生中，有許多瞬間或者時刻，我們想在大腦內保留的時間越長越好，比如結婚的時候，還有小寶寶降生的時候。

還有一個場景，當你臨近高考時，你希望你的記憶在一夜之間突飛猛進地增長，希望讓你一夜之間把所有知識都印在腦海裡，這樣就可以有很好的高考成績。

但記憶並不都是越牢固越好，即不是所有的記憶都是希望保留的，比如美國計程車兵從戰場回來，他們的大腦記憶體儲了很多戰場的血腥場面。

這種創傷性的記憶，使大約12%—20%的他們都患有創傷後應激障礙，也就是我們常說的PTSD，這樣的創傷性記憶會影響他的一生。

現在對我們提出的挑戰就是，我們有沒有希望、可不可能根據需要來延緩我們的記憶。

編輯記憶的長度

我們希望需要的記憶被延緩，不需要的記憶被消除，這對科學家跟醫生提出了挑戰。

能不能呢？我不知道你們的答案是什麼，但是我的答案是比較明確的，是有可能的。有可能現在還沒達到，但是在不遠的將來就能達到。

因為現在我們對腦科學進行深入探討和研究，逐漸瞭解大腦的奧秘，然後揭開了大腦的密碼，這樣就有可能產生比較精準的干預手段來編輯記憶的長度。

要想達到這個目的，必須首先從研究大腦的學習和記憶開始。

科學家在實驗室裡研究學習和記憶，創造了很多的行為學方法，來讓我們研究學習和記憶。

舉個例子，這個例子叫水迷宮，是英國科學家莫里斯，為了研究大鼠的空間定義，特意設計的研究設定。

有一個水桶，裡面充滿了水，水下藏著一隻老鼠能夠逃逸的平臺，老鼠站到這個平臺就可以穿出水面不需要游泳，所以就是逃逸平臺。

老鼠在大桶裡是看不到這個平臺的，它需要靠空間的定位看周圍的幾個空間，有一些標誌來定位在哪個區域的哪個象限有這個平臺。

這邊用綠色的點標誌這個平臺所在的位置。

黃德斌教授以前是博士後，現在是麥吉爾大學的終身教授，他在我們的實驗室做了一個實驗。

可以看到的是，把老鼠放在這個桶裡，老鼠看不到平臺，所以它不知道平臺在什麼地方。

它在整個平臺裡進行尋找、游泳，但它不喜歡游泳，它需要儘快找到一個地方跑出去，但它找不到。

可以看到這個速度是5倍加速，60秒以內它找不著，黃德斌教授就把它放到了平臺上。

放到平臺上後，這個小鼠就感到這裡有地方可以逃跑，站到這個平臺就可以不用游泳，那麼它怎麼記住平臺呢？

周圍四下觀看，就看空間中有幾個大的標誌。

像我們到一個新的城市，我想記路，我就要找一個大的標記，哪棟大樓在哪個地方拐彎，所以靠這個定它的方向，現在它就學會了。

學完以後，再把它放進去，原來60秒找不著，這次不用8秒，放進去後立即就到了平臺，這時候就學習了，也記住了。

這個實驗說明老鼠和人一樣有很強的學習和記憶功能，給我們研究大腦記憶提供了一種方法，我們在實驗室裡可以研究大腦的學習和記憶。

知道它能夠學會，科學家下一個問題就是大腦的什麼地方控制學習，特別是空間的學習。

這個問題由一位著名的患者，我們叫它HM患者，他提供了初始的提示。

他在小的時候發生了一次事故，從腳踏車上摔下來，大腦受到了損傷，產生損傷性的癲癇，癲癇一開始用藥物治療，但很快藥物就不起作用了。

醫生為了控制他的癲癇，就需要用手術的方式把產生癲癇的腦部區域切除。

切除的部位，包含現在用粉紅色標記的一段腦組織，這個腦組織外形很像海馬，所以取名叫海馬體。

切除後，這個患者的癲癇控制住了，可是醫生髮現他醒過來後，再也形不成新的陳述性記憶，幾分鐘內做的事情他都記不住了。

提示海馬體與大腦的記憶有著直接的關聯。

文章發表以後，科學家就想證明這是不是單一患者的現象，海馬體是否真的就是一個負責記憶的組織。

莫里斯用水迷宮，把雙側海馬拿掉，在水迷宮的老鼠儘管前面學會了，但是拿掉以後再也找不到這個平臺了，說明海馬體確實是一個參與空間定位記憶的重要部位。

找到重要的部位，科學家總是有一個打破沙鍋問到底的特點，不僅需要找到區域，還要找到它的機理，怎樣找到機理呢？

我們再回到大腦內，從分子的角度，從網路和突觸的結構來看在大腦內是怎麼樣形成記憶的。

這個影片展現了大腦在宇宙內是一個最複雜的器官。

它只有1.5千克，但是包含了860億個神經元，這860億的神經元還要在大腦內相互連線形成神經網路，透過一百萬億小的結構把它們連到一起。

這些小的連線網路的結構，我們稱之為突觸。

突觸由三部分構成，第一部分是突觸前膜，來自於第一級神經元突觸末梢，第二部分是突觸後膜，是來自第二級神經元的突觸後膜。

在這兩個部分之間有一個間隙，可以看出來，在神經網路內的神經元之間沒有直接的物理連線，所以從第一個神經元產生的電衝動要想到達第二個神經元，怎麼辦？

它必須透過一個從電訊號到化學訊號，再從化學訊號回到電訊號的複雜過程。

這個影片是突觸傳遞的過程，首先，電衝動從第一個神經元到了突觸末梢，要觸發突觸末梢釋放化學介質。

突觸前膜裡有很多化學介質囊泡，電衝動一旦到達了突觸末梢，囊泡與突觸末梢融合，融合後釋放化學介質。

化學介質可以自由擴散到突觸後膜，在突觸後膜上，它結合了突觸後膜上的受體，受體都是通道，結合受體之後開啟通道，讓突觸後膜產生電訊號。

這樣，第一級神經元所產生的電訊號就透過釋放介質變成化學訊號，化學訊號觸動了突觸後膜的受體，讓突觸後膜的通道開放，讓電訊號產生。

在突觸後膜，第二級神經元產生了電衝動，經過這一個過程，神經資訊就被傳遞了。

不同的複雜階段也給予我們一個很好的靶點，這樣我們可以調節突觸間聯絡的強與弱。

透過調節突觸前膜的介質釋放，可以令它變強或變弱，也可以透過調節突觸後膜受體的功能，讓它變強、變弱。

這樣，神經經過突觸的傳遞過程給大腦很高的可塑性。

加拿大生理和心理學家赫布，在1949年第一次用這種突觸傳遞的可塑性變化來解釋大腦形成記憶的機理。

他提出這個理論後，科學家們就開始尋找證據，證明他的理論是正確或者錯誤的。

要想證明，首先要到大腦參與學習記憶的區域內找有沒有這種可塑性變化，即和學習、記憶相關的可塑性變化。

海馬體中的可塑性變化

經過多年努力，科學家發現大腦內有很多可塑性變化，最常見的是在海馬體的可塑性變化，一個是變強，一個是變弱。

這裡用顏色來代表訊號傳遞、突觸傳遞的變強和變弱，暖色變強，冷色變弱。

第一個發現就是長時程增強，當發生記憶或者產生強刺激時，突觸傳遞的連線就變強了，紅色（表示突觸傳遞）變強了。

同時在同一個腦區還發現，假如用低頻刺激，也就是弱刺激，那麼傳遞速率變弱，我們稱之為長時程抑制。

所以長時程增強被認為可能和記憶保持有關，長時程抑制，可能與記憶的消退有關。

因為突觸可塑性與學習記憶有關，所以我們進一步研究它是如何形成的，為什麼在學習記憶的過程中，它能夠變強，為什麼在記憶消退的時候要變弱。

知道了分子機制，就有可能產生一些延緩記憶或是消除記憶的干預措施。

這就是下一個問題：這些突觸的可塑性是怎麼產生的。

產生的可能性有很多，經過很多年的研究以後，科學家們發現的突觸有好幾個步驟可以讓我們來調節，可以調節突觸前末梢釋放，也可以調節突觸後受體的功能。

1997年，我們實驗室做了一個重大的發現，這個發現發表在《自然》雜誌上。

當時，我們發現除了調節突觸前末梢的釋放或突觸後受體的功能以外，另一個有效的調節方式其實是改變突觸後膜受體的數量。

突觸後膜受體就是離子通道，這個受體正常情況下是在細胞內和突觸膜之間相互動態變化的，可以出來，可以進去。

當發生強刺激時，很多受體很快到達了突觸後膜，突觸後膜受體多了，傳遞速度自然而然就快了。

相當於高速公路，假設有3條車道，那麼上下班期間、高峰期就受到了限制，假設有5條車道，就比3條車道快得多。

所以調節突觸後膜受體數量就能改變突觸之間的連線，這個發現提示突觸後膜的受體數目可以決定突觸傳遞的效率、傳遞的強度。

發現這個問題後，我們很快將它應用到學習和記憶的突觸長時程增強和突觸長時程抑制。

首先，我們和冷泉港的教授在前後不到兩年時間提供了強有力的證據，說明在海馬區產生長時程增強就是因為上膜的表面受體多了，所以發生了長時程增強。

也就是說假設是長時程增強使記憶保持，我們就可以說受體越多，記憶力越好。

同時我們又先後與哈佛大學的教授和約翰霍布斯金大學的教授合作，提供了足夠的證據，證明也是由於迅速減少突觸後膜表面的受體，進而造成了長時程抑制。

長時程抑制與記憶的消退有關，所以突觸受體越少，記憶就越差。

這些提供了一個新的假說，就是如果我們調節表面的受體數目，就可以調節記憶，我們要想延長記憶就要讓更多的受體存在於表面。

如果想消除記憶，就要阻止受體向膜上轉移，讓表面受體變少，就可以消退記憶。

為了證明這個假說，我們實驗室採用分子生物學、基因工程等各方面的手段設計了小的多肽，用這個給大家舉一個例子，我們怎麼來延緩記憶？

這個小的多肽，我們能讓它跨血腦屏障，可以跨細胞膜，從體外整體給藥，它就可以到達大腦，到達海馬進入細胞神經元，來阻斷受體的下降。

當記憶發生消退時，給這個多肽就能阻斷受體內吞，讓受體停留在表面上。

可以看到，為了證明這符合我們的理論，我們可以延緩記憶，我們就在實驗室用動物模型做研究。

這次用的是被動迴避實驗，有兩個實驗箱，一個是暗箱，一個是明箱，把老鼠放在白箱裡，大鼠天性就是喜歡暗，不喜歡亮，很快進入暗箱。

學習過程中，它只要進了暗箱就給它一定的電流刺激，它就記住了，進去就要被電擊，儘可能不要進去。

所以它從進入到明箱再到暗箱用的時間越長，說明它的記憶越強。

可以看到測試時，它已經學會了，放到白箱裡面它要想一段時間，那邊有電擊，我要儘可能不進去，這時候它學會了。

我們就用這個證明多肽延緩記憶，可以看這個紅柱和黑柱的對比，黑柱是沒有訓練的，它很快記住了。

紅柱是訓練的老鼠，1小時的時候可以看到它需要60秒的時間才能進入暗箱，說明它學會了。

學會的鼠再分為兩組，一組給藥，一組只給安慰劑，只給安慰劑的24小時記憶就消退了，屬於短期記憶，消退以後，對照組紅柱跟黑柱差不多。

反過來用了藥，讓它不消退，讓受體停留在突觸後膜上，記憶保持24小時的時候，記憶完全和剛剛訓練1小時的時候一樣，而且更強。

說明這藥確實起到了作用，能夠在正常的老鼠上延緩它的記憶消退。

多肽能治療阿爾茨海默症嗎？

說到延緩記憶消退，作為醫生就會想到，多肽可以延緩正常的記憶，是不是也可以治療記憶障礙呢？

最常見的記憶障礙就是阿爾茨海默症，1901年德國愛羅斯.阿爾茨海默博士第一次在這位女性患者身上發現記憶障礙的現象，就研究了這個疾病。

後來就用這位醫生的名字來命名這種病理性記憶衰退，所以稱作阿爾茨海默症。

這個疾病是最常見的老年記憶性障礙疾病，不僅影響患病老年人的生活水平，也影響了整個家庭，還影響整個社會，這是一個大的問題，目前還沒有藥物來治療。

我們想，這個藥會不會有可能治療這種疾病。

我們就用了阿爾茨海默症的小鼠，這個小鼠攜帶患者的發病基因，這個基因在小鼠體內，可以讓小鼠健忘，模擬阿爾茨海默症病人，60天記憶就會消退。

還是用被動迴避實驗，在小鼠30天的時候，就給它進行訓練，訓練好後，每天給它打一針，在45天和60天再來監測它的記憶。

在對照組可以看到，45天和60天相比，在這15天內記憶迅速消退。

再來看用藥組，用藥之後，記憶基本不消退，像正常老鼠一樣。說明給了藥可以延緩記憶消退。

不僅是正常的記憶消退，而且是由病變造成的記憶消退，所以提示這個藥還是有一定希望的。

我剛剛只是舉一個例子，這個例子說明目前透過眾多科學家的共同努力，我們在實驗室內已存在延緩記憶或是消退記憶的可能性。

但是它仍然有侷限性，目前延緩記憶是延緩所有的記憶，好的記憶也延緩了，不好的記憶也延緩了，這不是我們真正需要的。

對於阿爾茨海默症患者是可以用的，對於高齡的患者，主要訴求是希望記憶不要消退，但是很多情況下我們不希望“延長所有的記憶”。

如果消除記憶是把好的記憶和不好的記憶都消除了，這不是我們最終的目的。

所以目前儘管可以在臨床上應用，但還是有一定的侷限性。

我們需要進一步在實驗室研究大腦，更好地瞭解大腦，特別是精確瞭解每一種記憶有什麼特別形成的機制。

那樣我們就可以選擇性保留我們要的，或者消除我們不要的，這是我們下一步需要努力的方向。

另外，我們作為科學家，感興趣找未知，找到未知，解決理論上的問題後，我們還有一個社會責任。

我們要隨時想著儘快將實驗室研發出來的手段轉化到臨床，能夠造福於人類。

這是我們最終的目的。所以在未來的幾年內，我和我的團隊以及其他的科學家會合作，儘快把它推向臨床。

我們希望能開發出更加有效的干預手段，讓記憶的忘卻不再是阿爾茨海默症唯一的選擇。

同樣我們希望消除不愉快的記憶，讓PTSD患者從痛苦的記憶中解救出來。

對於大腦，對於記憶，我們還有很多不知的暗箱、黑洞，還有很多奧秘等待我們去探索。

同時，在探索的過程中也會給我們帶來很多歡樂，有很多新的發現等待我們開發。

我們必須靜下心，認認真真做科學研究，以便我們產生比較精確的干預手段時，可以根據不同的記憶編碼來設計不同的精準干預方法。

有可能很快等到那一天，我們有非常精準的記憶干預手段。

在這種手段成熟時，我們有可能用精準的干預手段來干預我們的記憶。

可以想象未來那一天，我們有這種手段時，像以前在科幻小說或電影上所看到的基因調製的片段，都有可能成為現實。

希望對腦科學、記憶編碼感興趣的各位，能夠加入我們團隊，不單是指我們團隊，而是加入到腦科學研究這個大團隊中來。

讓我們共同朝著我們的宏圖目標共同奮鬥。