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华师大携手波士顿大学首次破译大脑记忆密码


http://www.sina.com.cn 2005年04月13日 15:35 新民晚报
科技时代_华师大携手波士顿大学首次破译大脑记忆密码
首次破译大脑记忆密码
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科技时代_华师大携手波士顿大学首次破译大脑记忆密码
首次破译大脑记忆密码 新民图表 制图杨淑蔡吉琼 摄影纪海鹰
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  华师大林龙年博士与波士顿大学钱卓教授合作——首次破译大脑记忆密码”

  “大脑记忆密码”终于被解开,今天上午,在此项研究的所在地——华东师范大学脑功能基因组学重点实验室,研究的主持者之一林龙年博士为记者详细介绍了破译“密码”的全过程。

  观察脑活动有了直观“平台”

  林龙年博士说,人类大脑是一个由约140亿个神经元组成的繁复的神经网络。但过去我们只能间接地通过对人的行为的测试来观测脑记忆的形成,即使像我们大家熟知的脑电图、核磁共振等检测仪器,也只能观察到大脑活动的一个“笼统”情况。如今他们的这项发现,就如同为人们观察大脑活动搭建了一个直观的“平台”,即通过检测大脑编码单元的活动状态直接解读大脑在学习过程中记忆的形成。

  96根微电极插入小鼠“海马”

  林龙年问记者,你知道“海马”吗?这是一个与记忆密切相关的大脑结构,因其形似海马而得名;它负责将人们新的经历转化为长期的记忆。海马受损的病人会日复一日津津有味地阅读同一张报纸,还总觉得自己是在看新闻(这一研究的另一位主持者钱卓,于1999年率研究小组,正是通过调节小鼠的海马和前脑中的NR2B基因,在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)。那么,记忆在神经网络的层次上又是如何编码的呢?换句话说,记忆在大脑中的物理形式是怎样的呢?为了获得这个对揭示大脑工作原理至关重要的答案,林龙年与钱卓一起,花了整整两年,运用最新的高密度多通道在体记录技术,以小鼠为对象进行了一系列的研究。

  小鼠海马脑区只有半粒米大小,为了尽可能多地观测到单个神经元的活动情况,研究小组研制了世界上最轻巧的精细微电极推进器,把96根比头发还细得多的微电极插入小鼠的海马区域,成功地记录到了多达几百个神经元的活动情况——传统的方法在小鼠上只能记录到几个至二十几个神经元。“这一步非常重要,”林龙年博士介绍说,“假如只能观察到几个神经元,就谈不上对神经元群体的编码进行分析了。”

  记忆如何“刻骨铭心”

  接下来,研究人员设计了几种新颖的行为模式来研究小鼠的神经编码,一种是在特定环境中给小鼠背部突然吹上一阵冷风,就像武侠小说中描写的在月黑风高之夜,一阵突如其来的嗖嗖阴风会使人顿感毛骨悚然一样,小鼠对这样的刺激会感到惊恐。另一种有趣的模式是,把小鼠放在特制的小电梯中做自由落体下降,如同人们在乘坐的电梯突然失控坠落的过程中所获得的记忆会刻骨铭心一样,小鼠对这种极其刺激的经验也会印象深刻。“由于这些经历能够产生令人难忘的记忆,我们猜想大脑中会有许多神经元参与这些记忆的编码,因此我们希望通过巧妙的实验设计与新记录技术的结合,来探索和破译大脑编码的奥秘。”

  其后的实验观察发现,小鼠的海马区对这种惊吓刺激果然有着各种各样的放电反应,根据它们的反应特征,研究人员发现这些神经元组成了记忆编码的神经网络单元。更有意义的是,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。在观察到了这一有趣的编码方式后,钱卓教授曾感慨地说:“大脑记忆系统这种精美的操作设计真令人叹服!”

  本报记者 宋铮

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  “海马”编码方式人鼠一致

  人脑和鼠脑乃至世界上大多数哺乳动物大脑的“海马”,虽然神经元数量不同,但所用的编码方式都是一样的。由此,科学家们推测,人的大脑很有可能利用同样的原理来完成记忆之外的其他高级认知功能,如情绪、思维、意识等。

  林龙年41岁,华东师大“脑功能基因组学研究所”副教授。华东师范大学生物学系博士毕业,在美国普林斯顿大学分子生物学系钱卓实验室完成博士后工作。2004年1月回国,主持教育部、上海市脑功能基因组学重点实验室神经编码网络技术平台建设,担任“大脑编码分析实验室”学科带头人。他的主要研究方向是:学习记忆的神经编码机制。主要运用在体记录技术,从神经元网络活动水平研究大脑学习记忆过程中的群体神经元编码规律。

  钱卓43岁,美国波士顿大学华裔教授,现任华东师范大学脑功能基因组学重点实验室主任,教育部长江讲座教授。他于1999年首创单个基因植入技术,通过把复制的老鼠NR2B基因植入老鼠胚胎,提高其学习与记忆能力,成功培育出首批“聪明鼠”,由此证明了NR2B基因是控制大脑学习和记忆的“开关”。这一成果被评为当年世界十大科技成就。


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