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宋世超
撰稿人 | 科普作者 
科普与科幻是我的双重底色,我爱好用通俗的语言讲透硬核科学,也喜欢以天马行空的想象构建未来图景。我相信只有让严谨的科技同时拥有温度,才能激发出最强筋的浪漫与可能。
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抑郁症有救了?科学家学会操纵记忆,用一束光就能伪造恐惧或激活快乐

抑郁症有救了?科学家学会操纵记忆,用一束光就能伪造恐惧或激活快乐

研究人员伪造记忆的艺术图(图中人物就是从事记忆操控研究的神经科学家、波士顿大学副教授Steve Ramirez,以及他已故的研究合作者、西北大学教授Xu Liu,该研究是二人在麻省理工学院期间合作开展的)

研究人员伪造记忆的艺术图(图中人物就是从事记忆操控研究的神经科学家、波士顿大学副教授Steve Ramirez,以及他已故的研究合作者、西北大学教授Xu Liu,该研究是二人在麻省理工学院期间合作开展的)(图片来源:Irvin Serrano)

你觉得记忆一定可信吗?

在如今这个时代,AI已经能够伪造出以假乱真的影像,如果再将这些假录像拷贝到手机相册或监控硬盘里,一段时间后,恐怕连用户自己都很难分清究竟哪段录像是真实拍摄的,哪段是AI伪造的。

那么我们的大脑会不会也一样呢?记忆能否被类似的手段直接改写、伪造、植入?如果真的可以,被“写”进大脑的记忆,是否也真假难辨,让人无法分清是亲身经历,还是被悄悄安放进去的幻象?

最近,麻省理工学院的研究人员通过用激光激活小鼠脑部的特定神经细胞,既能够给大脑捏造虚假的恐怖经历,也能够通过激活快乐的往事回忆来治愈焦虑,让小鼠从抑郁情绪中康复。这项突破,不单是脑科学领域的重要进展,更可能成为人类探索自身记忆本质的关键踏板。

完全虚假的记忆一样可以把小鼠吓得僵住

完全虚假的记忆一样可以把小鼠吓得僵住(图片来源:Oregon State University)

一、伪造恐惧,把小鼠吓得僵住

我们知道动物可以利用记忆来规避风险,逃避痛苦。如果一只老鼠在某个特定环境下经常受伤,它就会开始回避那种环境。但有没有可能通过伪造一段记忆,让老鼠对熟悉的安全环境也产生强烈的恐惧反应呢?研究人员就做到了!

首先,研究人员使用基因工程方法在小鼠的齿状回(海马结构的组成部分,负责一部分记忆与学习功能)中标记了参与记忆形成的神经元,并使这些神经元对光敏感。随后,他们又通过手术将一部分极细的光纤植入到小鼠的脑内,用来传递激光,方便根据实验需求随时刺激特定的神经元。

对实验小鼠注射病毒(用来诱导特定基因表达)并植入光纤

对实验小鼠注射病毒(用来诱导特定基因表达)并植入光纤(图片来源:Ramirez et al., Science, 2013)

完成了这些准备工作后,关键的实验就要开始了。研究人员首先让小鼠在一个安全的盒子里探索,并正常形成记忆;然后他们将小鼠挪动到另一不同的盒子中,并施加激光照射,事先植入的光纤会将这种光传递到刚刚形成记忆的神经元上,并激活它们。于此同时,研究人员又对小鼠施加惩罚性的轻微电击(控制电击量以保证不致命)。

这之后,有趣的结果出现了!当研究人员再次将小鼠挪回到最初的安全盒子时,它竟然立刻僵住了,表现出典型的恐惧反应——也就是说,这只小鼠被科学家植入的假记忆欺骗,竟然“相信”自己曾在这个“安全”的盒子里遭受过电击,而实际上这从未发生过。

通过对比真实记忆、虚假记忆以及对照组情境下小鼠的僵直水平和脑成像图可以看出,植入的记忆几乎以假乱真

通过对比真实记忆、虚假记忆以及对照组情境下小鼠的僵直水平和脑成像图可以看出,植入的记忆几乎以假乱真(图片来源:Ramirez et al., Science, 2013)

这一实验不仅首次在活体动物中直接验证了“记忆印迹 (engram)”的存在,也表明科学家确实可以精准操控特定记忆,甚至创造虚假记忆。

通过先让小鼠在安全环境 A 中形成记忆,再在另一个环境 B 中用光激活这段记忆并同时电击,最后把它放回安全环境 A,小鼠就会因虚假恐惧记忆而僵住

通过先让小鼠在安全环境 A 中形成记忆,再在另一个环境 B 中用光激活这段记忆并同时电击,最后把它放回安全环境 A,小鼠就会因虚假恐惧记忆而僵住(图片来源:5W Infographics)

二、唤醒快乐!一束蓝光就能点开快乐记忆的播放键

既然能够伪造和操纵记忆,在小鼠大脑中“传输”文件,那么我们能不能像平时操作手机、电脑播放视频那样,来随时调出并播放想要回看的记忆呢?

心理学家芭芭拉·弗雷德里克森曾发表研究成果——通过调动积极情绪,比如,看一段让人愉快的视频,可以帮助人们“抵消”负面情绪的生理效应,从而让人从紧张状态中更快地恢复。

然而很多情况下,回想某段记忆这件事并不容易靠“意念”做到。于是研究人员就想到能否将自己的研究成果运用到从根源上唤醒美好记忆,“修复”大脑,治疗抑郁症方面。

实验对象仍然是小鼠。首先,科学家让它们在一个装有两根小阀门的盒子里活动——你可以把阀门理解为两个自动饮水机,一根会流出甜甜的糖水,另一根则只会流出普通的清水。

正常情况下,老鼠当然更爱糖水;但被人为诱导成“抑郁状态”的老鼠,却对两者的区别无感,以至于喝糖水和普通水的概率一样高。

科学家通过持续的“慢性束缚”造成小鼠体重显著下降,证明成功让它们“抑郁”了

科学家通过持续的“慢性束缚”造成小鼠体重显著下降,证明成功让它们“抑郁”了(图片来源:Ramirez et al., Nature, 2015)

接着,关键时刻来了——他们用光遗传学技术(optogenetics,即用光精准控制大脑神经元活动的技术)把一束蓝色激光打入老鼠的海马体——那里储存着曾经的“快乐记忆”,照过来的激光,相当于给这段快乐记忆点开了播放键。

激光亮起的一瞬间,奇迹发生了。那只原本无精打采的老鼠突然活跃起来,开始重新嗅闻环境,并积极跑向糖水阀口,疯狂地舔食。

科学家惊呆了——只要激活那段记忆,老鼠就会恢复“快乐”的行为模式。抑郁,竟然就这样被干脆、可控地暂时“关掉”了。这一幕其实很像电影《头脑特工队》里所描绘过的场景:主角团只要调出并激活一段存着特定经历的记忆球,当事人的情绪就会立刻被牵动和改变。

用激光激活快乐记忆后,小鼠对糖水的偏好程度显著提升

用激光激活快乐记忆后,小鼠对糖水的偏好程度显著提升(图片来源:Ramirez et al., Nature, 2015)

三、当唤醒美好记忆成为稳定疗程,抑郁症或将被彻底治愈

更惊喜的是,研究人员的一位助手还进一步发现:如果每天重复两次这种“唤醒积极记忆”的过程,持续一周后,老鼠的焦虑症状不仅明显减轻,甚至还出现了新的脑细胞生长。

情绪状态正常的小鼠明显偏爱甜食,抑郁状态的小鼠则不会

情绪状态正常的小鼠明显偏爱甜食,抑郁状态的小鼠则不会(图片来源:AI生成)

这意味着,积极记忆不仅能短暂调节情绪,甚至可能长期改变大脑结构——如此,一种可能的新式“记忆疗法”便在研究者的眼前浮现了。他们强调,相对于传统的心理引导式治疗,这种潜在新疗法堪称“神经层面的心理疗愈”。

科学家用切实的研究数据证明了一个诗意的事实:我们脑中储存的昔日美好回忆,如果能通过人为手段可控地点亮,真的可能帮助我们走出心理阴影,甚至治愈心理疾病。

 总体来说,这项研究成果不仅为神经科学提供了全新的研究工具,也为潜在的医学应用打开了一扇崭新的大门。许多心理创伤的应激障碍、抑郁症或阿尔茨海默病等,或许都可以被此种手段治愈。

当然凡事都是两面的,这项研究其实也引发了人们对记忆与自我认知的哲学思考:如果记忆可以被随意修改,我们的“过去”和身份又该如何定义呢?研究人员的工作让我们看到,记忆原来并不是只能由大脑自主“书写”和“回忆”的。借助适当的科学手段,科学家其实一样可以对其进行修改、捏造,以及随时的激活调用。

未来,这一领域的研究很可能会以全新的方式,彻底颠覆人类对记忆机制的固有认知。而在利用神经科学改造记忆以进行心理疾病治疗的同时,我们或许也需要谨慎权衡,在技术应用与守护记忆的真实性、维护人的尊严之间找到平衡。

参考资料:
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