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必须忘记——遗忘的重要性
2019-11-24 18:02:55

本文经自然科学研究授权转载。欢迎参观和关注。

作者:劳伦·格拉维茨

长期以来,遗忘被视为记忆错误。但是现在研究人员开始意识到遗忘对大脑正常功能的重要性。

资料来源:sam falconer

我们成为我们是因为我们的记忆。记忆塑造了我们对世界的感知,帮助我们预测未来会发生什么。一百多年来,研究人员一直在探索记忆是如何形成的,以及记忆是如何在事件发生后的几天、几周甚至几年内被巩固的,以便我们能够回忆起它们。然而,这些研究人员可能只看到了问题的一半。如果我们想了解记忆形成的机制,我们必须了解人类是如何以及为什么会忘记。

直到十年前,大多数研究者认为遗忘是一个被动的过程。未被使用的记忆就像阳光下的照片,逐渐褪色。后来,一些记忆研究者的发现反驳了这个已经存在了几十年的假设。研究人员随后提出了一个大胆的想法:遗忘是大脑预设的功能。

在过去的十年里,越来越多的证据表明记忆丧失不是一个被动的过程。相反,遗忘更像是一个积极的过程。我们的大脑一直在遗忘。对于一些动物(或所有动物),大脑的标准配置不记得,但会忘记。如果我们能更好地理解这种状态,我们也许能找到突破性的治疗焦虑症、创伤后应激障碍甚至阿尔茨海默病的方法。

加拿大麦吉尔大学认知心理学家奥利弗·哈特(Oliver hardt)一直从事记忆的神经生物学研究,他说:“什么是不能忘记的记忆?这是不可能的。为了让记忆正常工作,你的大脑必须忘记。”

被遗忘的生物学

不同类型的记忆以不同的方式产生并储存在不同的大脑区域。目前,研究人员仍在努力攻克各种细节,但他们已经知道自传体记忆(对自己经历的记忆)在事件发生后数小时至数天内以连续的形式储存在大脑中一个叫做海马的区域。神经元通过突触进行交流,突触是神经元之间的连接,包括化学信使可以通过的狭窄缝隙。每个神经元以这种方式与成千上万个其他神经元相连。在被称为突触可塑性的过程中,神经元会不断产生新的蛋白质并重塑一些突触,如突触受体,从而神经元可以选择性地增强彼此之间的联系。在这个过程中,将会产生一个蜂窝网络,它可以共同编码我们的记忆。记忆被回忆的次数越多,储存记忆的神经网络就越强大。随着时间的推移和持续记忆,记忆被编码在海马和大脑皮层。最后,记忆将独立存在于大脑皮层,并将在那里保存很长时间。

神经科学家通常称这种记忆的物理表现为“记忆印记”他们认为每个印记都有几个突触联系,这些联系可能分散在几个不同的大脑区域,每个神经元和突触可能与多条轨迹相关联。

然而,要理解记忆是如何形成的以及它们是如何被调用的,还有很长的路要走。这个问题花费了记忆研究者很多时间。相比之下,大脑如何遗忘的研究领域很少。剑桥大学认知神经科学家迈克尔·安德森认为这是一种非常严重的忽视。他说:“任何有记忆的物种都会毫无例外地忘记。不管生物有多简单,只要他们能从经验中学习,他们就会忘记他们所学的所有经验。在这一层面上,神经生物学家遗忘的后见之明震惊了我。”

当罗恩·戴维斯在2012年发现果蝇主动健忘症的证据时,他并没有足够重视这个问题。戴维斯是美国斯克里普斯研究所的神经科学家。他研究了果蝇蘑菇体记忆形成的复杂过程(昆虫大脑中储存嗅觉和其他感觉记忆的密集神经网络),特别是与这些结构相连的多巴胺分泌神经元的作用。多巴胺是一种神经递质,参与调节果蝇大脑的各种行为。戴维斯认为这种化学信使可能在记忆形成中发挥作用。

有趣的是,戴维斯发现多巴胺实际上是忘记[的必要元素。他和他的同事训练转基因果蝇通过让它们形成条件反应来避免某些气味和电击。后来,他们激活了果蝇大脑中的多巴胺能神经元,并观察到果蝇很快就忘记了上述条件反射。阻断多巴胺能神经元可以保存记忆。戴维斯说:“这些神经元可以调节记忆的表达。”从根本上说,它们可以提供“遗忘”的信号。

在进一步的研究中,他们采用了一种可以监测活果蝇神经元活动的技术。他们发现这些多巴胺能神经元可以长时间保持活跃,至少在果蝇中是这样。戴维斯说:“果蝇的大脑不断忘记它所学到的信息。”

从果蝇到啮齿动物

几年后,哈特在老鼠身上发现了类似的现象。当时,他正在研究与长期记忆储存相关的神经元突触。研究人员知道,如果哺乳动物大脑中神经元的连接得到加强,大脑就在编码记忆。这种联系的强度由突触中特殊受体的数量决定。这些受体被称为ampa受体。如果记忆要完整,这些受体必须保存。但是哈特说:“问题是这些受体非常不稳定。它们在突触中上下波动,并在几小时或几天内波动。”

哈特的实验室还发现,有一种特殊的机制可以持续促进突触中ampa受体的表达。然而,有些记忆仍然会被遗忘。哈特得出结论,ampa受体也可以被去除,这意味着遗忘是一个活跃的过程。如果他的观点是正确的,原则上阻止ampa受体的移除可以防止遗忘。结果,哈特和他的同事阻断了大鼠海马区ampa受体去除的机制,并且大鼠没有忘记物体[2]的方向。为了忘记一些事情,老鼠的大脑似乎主动破坏了这个突触的连接。哈特认为遗忘“不是记忆功能的失败,而是记忆的功能。”

研究者发现神经递质多巴胺对记忆非常重要。

资料来源:alfred pasieka/spl

加拿大多伦多病童医院的神经学家保罗·弗兰克兰也发现了大脑故意遗忘的证据。弗兰克兰正在研究成年小鼠的新神经发生。人们一直认为神经发生只发生在幼小动物的大脑中。直到大约20年前,研究人员还在成年动物的海马体中发现了神经发生。由于海马体参与记忆形成,弗兰克兰和他的团队推测成年小鼠大脑中增加神经发生是否能改善他们的记忆。

在2014年发表的一项研究中,研究人员得到了相反的结果:增加神经发生不仅没有改善老鼠的记忆,还让老鼠忘记了更多的[3]。起初弗兰克兰认为这没有意义,因为新的神经元应该意味着更多(或更好)的记忆,但现在他知道为什么了。“当神经元整合到成年海马体中时,它们会加入一个现有的回路。如果您在此循环中存储了信息,重新加载此循环将使您很难获得信息。”

因为海马体不是大脑储存长期记忆的地方,所以它的动力学不是一个缺点。弗兰克兰认为这是一个从人类进化而来的学习辅助功能。环境总是在变化。为了生存,动物必须适应新的环境。允许新信息覆盖旧信息可以让动物生活得更好。

人类的本质

研究人员认为人类大脑的工作方式是一样的。多伦多大学从事神经元连接和机器学习的研究员布雷克·理查兹(Blake richards)说:“我们有能力学习新经验的部分原因是我们的大脑可以执行受控遗忘程序。”理查兹认为大脑的遗忘能力可以防止一种叫做“过度疲劳”的现象。在人工智能领域,过度拟合是指数学模型与编程数据匹配得如此之好,以致于不能用于预测其他数据。

同样,如果一个人清楚地记得事件的所有细节,例如被狗攻击的整个过程(不仅记得是什么惊吓了狗,使它又叫又咬,还记得狗塌陷的耳朵、狗主人t恤的颜色和太阳的角度),在这种情况下,他们很难概括事件以防止再次被咬。理查兹说:“如果你能消除次要问题,抓住事物的主要思想,你就能进入一个新的局面。我们的大脑很有可能故意进行受控遗忘,从而避免我们过度适应自己的经历。”

对自传体记忆异常或受损的人的研究似乎证实了这一理论。那些拥有超级自传体记忆的人可以记住生活的每一点,甚至告诉你他们什么时候穿什么衣服。然而,尽管他们有这种超能力,作为个人,他们并没有取得非凡的成绩,而是发展出了越来越严重的胁迫倾向。加拿大贝克雷斯特健康科学中心的认知神经学家布莱恩·莱文说:“对于无法从某些事件中脱身的人来说,情况就是这样。”

相反,那些有严重自传体记忆缺陷(sdam)的人无法回忆起他们生活中的具体事件,导致他们无法预测未来。根据莱文的经验,sdam患者通常擅长处理需要抽象思维的工作,也许是因为他们不太在意细节。他说:“我们相信,尽管民主行动党患者的生活没有情节记忆,但他们有能力转换情节。他们非常擅长解决问题。”

新开发的神经元(绿色)整合进海马体(红色丝带)会降低原始记忆。

资料来源:jagroop dhaliwal

安德森对大脑gaba水平的研究可能揭示苯二氮卓类药物疗效的机制。此外,对既没有hsam也没有sdam的人的研究也显示了遗忘对健康大脑的重要性。安德森的团队正在深入研究人类主动遗忘的过程。他们使用功能磁共振成像和磁共振波谱来研究海马中抑制性神经递质γ-氨基丁酸的水平。通过扫描试图抑制某些想法的人脑,研究人员发现,一个人的gaba水平越高,被称为前额叶皮层的大脑区域抑制海马体的程度就越大,他们就越有可能忘记[4]。安德森说:“我们已经成功地将遗忘与大脑中特定的神经递质联系起来。”

试着忘记

同时,从生物学和认知心理学的角度来看人类是如何遗忘的,安德森和其他研究人员也许能够找到更好的方法来治疗焦虑、创伤后应激障碍甚至阿尔茨海默病。

安德森对大脑gaba水平的研究可能揭示苯二氮卓类药物疗效的机制。苯二氮卓类是一种治疗焦虑的药物,自20世纪60年代以来,苯二氮卓类药物就已上市。研究人员早就发现这种药物可以通过增强gaba受体的功能来减轻焦虑,但他们不知道其原理。安德森的结果可以解释这一点:如果前额叶皮层命令海马体抑制某些想法,除非海马体有足够的gaba,否则它无法对前额叶皮层的命令做出反应。安德森说:“前额叶皮层像一个将军一样,可以发出命令并抑制海马体的内部活动。但是如果没有士兵服从,下达命令是没有用的。”

γ-氨基丁酸在抑制不想要的思想方面起着至关重要的作用,对恐怖症、精神分裂症和抑郁症有一定的启示意义。这些疾病的不同症状(如闪回、强迫性思维、抑郁沉思、无法控制的思维)都与海马体的过度活动有关。安德森指出:“我们相信我们已经建立了一个关键的机制框架,可以将这些不同的症状和疾病联系起来。”

他的研究也可能有助于治疗创伤后应激障碍。这种障碍指的是一个人对创伤事件的深刻印象。也许创伤后应激障碍的根本原因是忘记了这个问题。如果我们能进一步理解如何以最小的伤害忘记创伤记忆,我们也许能治疗一些最难治愈的疾病。安德森和他的同事研究了一些志愿者是如何抑制不愉快记忆的,他称这个过程为动机遗忘。他们发现有更深创伤经历的人尤其擅长抑制某些特定的记忆[5]。如果我们能够找到这种能力背后的认知心理学基础和发展这种能力所需的心理承受力,我们也许能够改善创伤后应激障碍的治疗。

哈特认为阿尔茨海默病可能被理解为遗忘和犯错,而不是记忆功能差。他说,如果遗忘确实是记忆过程中固有的一部分,并且可以得到很好的控制,那么遗忘过程的紊乱可能会产生不利的后果。他问道:“如果疾病实际上是遗忘过程过于活跃和不受控制,以至于无法删除不应被遗忘的记忆呢?”

到目前为止,这个问题还没有答案。然而,越来越多的记忆研究者在研究大脑记忆的同时将注意力转向遗忘机制。安德森说:“我们越来越意识到遗忘是一个独立的过程,它不同于记忆的编码、巩固和提取。”

在过去的10年里,研究人员认为遗忘是整个谜题的重要组成部分。哈特说:“为什么我们有记忆?作为人类,我们总是幻想拥有自传体记忆有多重要。但是这个想法可能是完全错误的。记忆最基本的功能是帮助我们适应环境。它给了我们经验,并不断更新。”另一方面,遗忘让我们作为个体和物种不断进步。

安德森总结道:“进化在记忆和遗忘的优势之间取得了优雅的平衡。它既有持久性又有韧性,同时清除了前进道路上不必要的障碍。”

参考:

1.berry,j. a .,cervantes-sandoval,I .,nicholas,e. p. & davis,r. l. neuron74,530–542(2012)。

2.migues,p. v .等人j. neurosci.36,3481-3494(2016)。

3.akers,k. g .等人,science344,598–602(2014)。

4.schmitz,t. w .,correia,m. m .,ferreira,c. s .,prescot,a. p. & anderson,m. c. nature commun.8,1311 (2017)。

5.hulbert,j. c. & anderson,m. c. j. exp .心理学。gen. 147,1931-1949(2018)。

原文的标题是“记忆中被遗忘的部分”

发表在2019年7月24日出版的补编《自然展望——大脑》中。

在此,我们真诚感谢上海脑科学和大脑智能研究中心。联合影像保健科技集团有限公司、陈天桥罗迁研究所临床转化中心(天桥和克丽丝陈研究所临床翻译研究中心)、上海绿谷制药有限公司和寒武纪安科技公司等赞助商支持本增刊的出版。大自然对所有编辑内容全权负责。

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自然| doi:10.1038/d 41586-019-02211-5

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