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记忆移植实现了? 幻想正在变成现实

科普小知识2021-09-16 01:12:41
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受过训练的海兔向未受过训练的海兔注射核糖核酸的示意图(照片由受访者提供)

图表中显示的实验结果(受访者提供的图片)

加利福尼亚野兔用电线指着自己的头,毫不犹豫地蜷缩起来躲避它。它不知道电是什么,也不会自然地对它有防御行为。洛杉矶加利福尼亚大学的教授大卫·格兰兹认为,这种行为可能来自于另一只海兔的记忆——它受到了严重的惊吓。

上周,神经生物学家和他的团队在网上论文平台SunLo上发布了最新的实验结果。他们认为海兔的上述反应相当于“记忆移植”。1999年,高考作文题目“记忆是否可以移植”引发了一场大讨论。这个在当时被认为是科幻小说的话题,似乎正在变成现实。

记忆移植的前景重新点燃了治愈老年痴呆症的希望。根据《2015年世界老年痴呆症报告》,世界平均每3秒钟就有一名新患者,据估计,2050年全球患者人数将超过1.3亿。目前,中国有800多万老年痴呆症患者。

众所周知,这种疾病会侵蚀人们的记忆。

格兰兹曼告诉《中国青年报中青在线》记者,他理解这种痛苦,就像“用无形的墨水书写”。不管他怎么努力,都不能落后。他认为“大脑是许多痛苦的根源”,如创伤后应激障碍(创伤后应激综合症)和健忘症。加深对记忆的理解可以帮助人类摆脱更多的痛苦。

然而,这个实验在学术界是有争议的,格兰兹·曼是绝对的少数。

这也是海兔的作品。

加利福尼亚海兔有一个大手掌,看起来像一只没有壳的蜗牛,在它肥胖的肚子下面有一个裙状的鳃。半个世纪以来,这些粘糊糊、行动缓慢的家伙一直活跃在认知科学的研究中。它的神经元相对较大,直径可达1毫米,便于科学家在显微镜下观察。它有20,000个神经元,比哺乳动物少得多,但它有许多与人脑神经系统相似的特性。

他们呆在格兰兹·曼实验室的潜水箱里。其中一些被格兰兹·曼和学生们抓在手里,他们的腮被电线卡住了。直到他们被震惊了,他们才让步。重复很多次,他们学会了做好人,不管有没有电,一旦电线接触,他们会采取防御姿态约40秒。这种训练可以使海兔建立条件反射,将神经与畏缩动作联系起来。

然后,格兰兹·曼的团队从这些训练有素的海兔的大脑中提取出所有的核糖核酸(核糖核酸)物质。像它著名的表亲脱氧核糖核酸(脱氧核糖核酸)一样,核糖核酸也是一条螺旋双链,携带遗传信息并广泛分布在细胞中。这些物质被注射到完全未经训练的海兔体内。

24小时后,面对电线的探针,接受核糖核酸注射的海兔熟练地收缩了它的鳃40秒。这让整个实验室兴奋不已,显然他们获得了他们没有学到的经验。

该团队还从未经训练的海兔中提取了核糖核酸,但这些物质无法增加同一“无知”物种的“知识”。格兰兹·曼的团队认为,核糖核酸可以引发某些遗传变化,长期记忆储存在核糖核酸中。

他们认为这个实验相当于将一组海兔的经验移植到另一组海兔身上。核糖核酸是载体。

这部科幻小说的普遍成功立即在学术界引起了争议。

设计实验的逻辑链受到了质疑。伯克利大学的一名神经科学家告诉中国青年报中青在线记者,对海兔的防御可能是由基因“开关”控制的自然反应。格兰兹·曼的注射可能只是意外地打开了开关,而不是移植了记忆。

蔡颖曾在北京师范大学专注于记忆研究,她告诉《中国青年报》中青在线记者,她对RNA的活跃个性不太自信。这种蛋白质被发现愿意参与身体的新陈代谢。也许这不是一个储物盒,而是一个塑料袋,记忆被放入其中并很快被遗忘。一个真正安全的记忆保险箱还有另外一个地方。“长期以来,这些被认为移植了长期记忆的海兔可能什么都不记得了。”

格兰兹·曼的实验与记忆研究的主流观点相矛盾。

加州理工学院中国著名神经科学家蔡公开表示,这项研究“有趣且令人印象深刻”,但“非常激进”。

她认为突触在记忆储存中起着重要作用,这也是整个记忆研究的主流观点:记忆是在突触的变化中产生并储存在其中的。一个神经元有数百个突触,就像一棵树枝繁茂的大树。突触圆形的小手可以紧紧握住对方,生物电流流过它们,从而生物感受、思考和行动。

在主流记忆研究中,帮助人们认识到突触在记忆中的重要作用的也是海兔。哥伦比亚大学生物化学和分子生物物理系的埃里克·坎德尔教授利用海兔的防御机制来研究它们的神经元,并得出一个重要结论,即长期记忆储存在突触中。他获得了2000年诺贝尔生理医学奖。

请做一个实验

格兰兹·曼对这场争论做了充分的准备。他知道自己的“非主流”地位。

对于该领域的许多研究人员来说,核糖核酸诱导的“记忆移植”是一条死胡同,不值得尝试。在20世纪60年代的一次激进实验中,研究人员训练了一群绦虫对光做出反应,然后将它们切碎,喂给一群未经训练的蠕虫。那些吃饱了同类食物的人似乎对光有反应,就像他们对肚子里的食物有反应一样。研究人员怀疑一些遗传物质起了作用。

“科学不完全是关于食人的。不要紧张。”格兰仕曼告诉中国青年报,中国青年在线记者。这个实验没有再成功地复制,后来小鼠的核糖核酸实验也没有成功。

转向这个有争议的方向,格兰兹·曼觉得到目前为止最具挑战性的事情是说服他的学生来帮助实验。

他花了几个月时间邀请他们加入。他们一次又一次地拒绝他们的“老板”,即使他们不得不依靠他来支付。

“你疯了!”学生对他说。“请你先试一试好吗?”格兰兹·曼说。

格兰兹·曼并不总是质疑主流理论。他在坎德尔的一个实验室做博士后,在哥伦比亚大学做研究。当时,他最关心的是突触,并认为只要他在这个领域努力学习,他就会永远明白记忆是什么。

“年轻,天真。”回想过去,格兰兹曼哀叹自己现在秃顶,留着白胡子,小腹微微突出。

他也没有像一些“核糖核酸储存长期记忆”理论的倡导者那样持有系统和一致的对立理论。他只是被一个接一个的实验结果所推动,当他回应的时候已经在路上了。

在那些日子里,他“说服了自己”,因为一个转折实验。培养皿中有一组神经元,它们在显微镜下像乒乓球一样一点一点地跳动。他将类似蓝色墨水的信息物质注入其中,以模拟长期记忆的形成过程。结果,神经元的突触像快速复制的球一样生长。随着时间的推移,这些小球一个接一个地消失了,就像阳光下的肥皂泡一样。

格兰仕回忆说,这个实验“很酷”,但没有什么超出预期。

令他惊讶的是,他后来发现,尽管数量相同,但培养皿中最初的突触和最后的突触不是同一批,原始突触和复制突触离开的概率完全是随机的。

他认为这表明,尽管突触与记忆的形成密切相关,但突触与记忆储存之间的关系并不像想象的那样密切,所以他慢慢地将目光转向了核糖核酸。

他不介意被命运推开。20世纪70年代,在披头士的歌曲和对“爱与和平”的呼唤中,年轻的格兰兹·曼想拍电影。他在大二辍学,独自去了纽约,在一家大型娱乐公司做助理。他鄙视好莱坞,渴望“地下电影”。

这个梦想很快就破灭了。格兰兹·曼回到校园,在印第安纳大学完成了他的心理学本科学位,并在斯坦福大学获得了这个专业的博士学位。在斯坦福,他逐渐对认知神经科学感兴趣,所以他去了坎德尔的一个实验室,接触了记忆研究。

“这个领域的优势在于,你不用担心没有工作可做。”格兰兹·曼说。

活着就是给人们增加记忆。

如果记忆被认为储存在核糖核酸中,记忆移植就成为可能。核糖核酸比复杂的神经突触网络更容易提取和复制。

格兰兹·曼举了一个“残忍”的例子。钢琴家的手指被切掉了,不能演奏贝多芬的作品,这并不意味着他不能。

记忆是钢琴家,突触是他的手指,核糖核酸是他的大脑。一个是表达,另一个是储存。只要核糖核酸在那里,记忆就在那里。活跃的突触会被年龄和疾病削弱,但是有了假肢,钢琴家可以重新发出琴键的声音,记忆也会被唤醒。

“它总是在那里。你没有失去它。”格兰兹·曼说,“你只需要花些时间来找回它。”

我们通常会经历“婴儿健忘症”,并且在婴儿时期无法记住事情。对这一现象有许多解释。格兰兹·曼同意德国心理学家1987年的理论:婴儿时期的记忆不会消失;它们会在大脑层留下痕迹。

患有老年痴呆症的人失去了寻找记忆的钥匙。在记者采访的人群中,一位男性推销员的祖父忘记了饥饿和饱腹感的概念。春节期间,这个年轻人下楼去送货。老人吞下了30多个饺子,一边吃一边呕吐。一位女制片人的祖母不再记得她的家人,包括她曾经握在手中的小女孩。这位老太太多疑且易怒,她被家里如此多的“陌生人”吓坏了。“我只能让她忘记。”她告诉中国青年报,中国青年在线记者。

格兰兹·曼感到幸运的是,没有亲属经历过这样的痛苦。他熟悉认知科学史上一位著名的病人“H.M”。1953年,这位27岁的年轻人在手术中脑部受损,无法长期记忆,“甚至连一条金鱼也不能。”

“没有记忆,你就不会活着。”格兰兹·曼说:“你只是暂时的。”

“h m”的大脑已经被研究了50年,人类开始理解记忆的功能和结构。今天的记忆研究是一个巨大的领域,延伸出微妙的分支:长期记忆,短期记忆,概念记忆,如“苹果是红色的”,语义记忆,如“苹果是什么意思”...每个人都有一套方法。

有许多动物实验像格兰兹·曼的。他们探索了一系列经典的记忆模型,其中一些相互否定。蔡颖在北京师范大学师从薛贵教授,主要从事人体实验。“杀人和提取物质是不可能的”,这主要是为了给予刺激和指导,并通过核磁共振观察他们的大脑因某处活动而发光。

格兰兹·曼觉得,与类似的昆虫相比,他已经取得了很大的进步。那时,人们知道核糖核酸的存在,但不了解它。仿佛他们被蒙住了眼睛,不可避免地会失败。他这一代人受益于基因生物学的巨大发展,并且已经了解了核糖核酸的工作机制和分类。格兰兹·曼认为,并非所有的核糖核酸都负责储存和记忆,只有那些没有编码的核糖核酸才具有这种功能。

他觉得这不是死胡同,但当时“条件还不成熟”。

他希望用核糖核酸在未来找回丢失的记忆。另一方面,通过逆转唤醒记忆的过程,创伤后应激障碍患者和其他因不良记忆而无法正常生活的人可以成功地封闭他们。

还有很长的路要走,格兰兹·曼需要进一步的动物实验和培养皿观察来确定海兔复制防御反应背后的机制。最后,很清楚这些小动物的核糖核酸是如何携带和储存记忆的。

更麻烦的是,人脑有1000亿个神经元,其作用机制的复杂性无法与海兔相比。

到目前为止,没有科学家能确定记忆的本质是什么。

每年年底,蔡颖都会翻阅《自然》杂志,在世界100个未解之谜中发现这个问题。没有普遍接受的模型,也没有完全统一的理论。

核糖核酸储存的长期记忆仍然是一个新的假设。格兰兹曼只能一步一步走。作为一个少数民族,他感到不安,害怕自己犯了一个错误。但是他把这些情绪打包藏在核糖核酸里——如果他是对的。

他现在最期待的是更多的人会重复他们的实验。这样,就可以更多地关注这个方向。面对国家基金委员会的五年审查,他无法如此艰难地获得下一步的资金。

对严重病例的治疗似乎还很遥远,他不相信有人会通过这种技术转移记忆而永生。他甚至怀疑,当人类最终知道什么是记忆时,我们的地球就消失了,我们所有人都移居到了另一个星球——人类似乎比记忆更了解宇宙。

"我们的大脑比黑洞复杂得多。"格兰兹·曼说,“它是精致、复杂和脆弱的。”

《中国青年报》、《中国青年在线》记者王孟英资料来源:《中国青年报》(2018年5月23日,第11版)