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心灵的未来 我们怎样记忆
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与菲尼亚斯·盖奇（Phineas Gage）的病例一样，亨利·古斯塔夫·莫莱森（Henry Gustav Molaison，在科学界被简称为HM）的病例在神经学界也引起了轰动。在认识海马体对记忆生成的作用方面，由该病例得到了许多根本性的突破。
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9岁时，HM（亨莫）在一次事故中头部受到损伤，造成虚弱性痉挛。他于1953年25岁时作了手术，成功地缓解了这种症状。但医生错误地切除了部分海马体，从而引发了另外一个问题。最初，HM看起来十分正常，但很快人们发现他出了大问题：他不能保持新记忆。他总是生活在当下，一天多次用同样的话语与相同的人打招呼，就好像他第一次见到这些人一样。任何事情在他的记忆中只能保持几分钟，然后就消失了。与电影《土拨鼠日》（Groundhog Day）中的比尔·默里（Bill Murray）一样，HM只能不断重复相同的一天，一次又一次，直到他的生命终结。但与比尔·默里的角色不同，HM无法回忆起之前不断重复的事情。不过，他的长期记忆相对完整，能够记起手术前的生活。但由于缺少能够发挥作用的海马体，HM无法记录下新的经历。比如，当他照镜子时，他会感到恐惧，因为他看到了一个老人，但在他的记忆中自己只有25岁。值得庆幸的是，这种恐惧的记忆也会很快消失得无影无踪。在某种意义上，HM与只有Ⅱ级意识的动物相似，它们都无法回忆起刚刚过去的事情，也无法模拟未来。由于缺少功能完好的海马体，他从Ⅲ级意识下降到了Ⅱ级意识。
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今天，神经科学的进步已经清楚地告诉我们，记忆如何形成，如何保存，然后如何调取。哈佛大学神经科学家斯蒂芬·科斯林（Stephen Kosslyn）博士说：“这一切都在过去几年内得以解开，这要归功于两类科技的进步：计算机技术和现代大脑扫描技术。”
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我们知道，感官信息（例如，视觉、触觉和味觉）首先必须通过脑干到达丘脑，丘脑的作用近似于中继站，它把信号送到大脑中的不同感官脑叶，在那里这些信号得到评估。被加工后的信息传输到前额叶皮层，由此进入我们的意识，形成我们所说的短期记忆，这大约要几秒钟到几分钟。（见图11。）
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图11 记忆生成的路径：感官得到的脉冲经过脑干，到达丘脑，然后输送到各个皮层，最后到达前额叶皮层。最后，这些信息传送到海马体，形成长期记忆。
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这些记忆要储存较长时间还须通过海马体，在那里被分门别类。海马体把这些记忆片段分送到各个皮层，而非像录音机或硬盘那样把所有信息储存在同一区域。（这种储存记忆的方式事实上要比序列储存更为有效。如果人类记忆以序列的方式储存，就像电脑储存那样，那么就需要大量的记忆储存空间。实际上，未来的数字储存系统也很可能采取人类大脑的储存方式，而非序列化地储存信息。）例如，情感记忆储存在杏仁核，而词汇储存在颞叶。此外，颜色以及其他视觉信息由枕叶收集，触觉和运动感觉坐落在顶叶。到目前为止，科学家已经识别出20多种记忆，分别储存在大脑的不同部位，这包括水果和蔬菜、植物、动物、身体各部位、颜色、数字、字母、名词、动词、专有名词、人脸、脸部表情和不同的情感以及声音。
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单个记忆，比如在公园中的一次散步，就包含被分解为不同种类的信息，储存在大脑的不同部位，但只要再现这个记忆的一个方面（例如，刚刚割过的青草味道）就能使大脑立即把所有记忆片段汇集起来，构成一个完整的回忆。所以，记忆研究的最终目标是解答当我们回忆某一个经历时，这些分散的记忆片段如何重新集合在一起。这被称为“整合问题”（binding problem，又称“捆绑问题”），对这个问题的回答可以解释有关记忆的很多难题。例如，安东尼奥·达马西奥（Antonio Damasio）博士分析了一些中风患者，他们无法识别某一种记忆，虽然他们能够回忆起所有其他事情。这是因为，中风只影响大脑的某一特定区域，而这个区域就是该类记忆储存的地方。
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我们的记忆和经历都十分个人化，这使得整合问题更为复杂。记忆可能是因人而异的，所以一个人的记忆种类可能与另一个人的记忆种类并无关联。例如，品酒师可能对于各种味道的细微差异有着很多种记忆，而物理学家可能对某些方程又有着其他种类的记忆。这些种类毕竟是经验的副产品，不同的人因此会有不同的记忆种类。
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解决整合问题的一种新方法是利用整个大脑中的电磁往复振动振荡，这种振动每秒钟大约发生40次，脑电波扫描可以捕捉这种信号。记忆片段能够以非常准确的频率发生振动，并刺激储存在大脑另外一个地方的记忆片段。之前，人们认为记忆储存在彼此相近的地方，但这种新理论告诉我们，记忆并非通过物理方式连接，而是通过时间的方式连接：它们一同发生振动。如果这个理论是正确的，这就意味着整个大脑在不断进行电磁振动，它把大脑的不同区域连接起来，通过这种方法重构整个记忆。因此，海马体、前额叶皮层、丘脑以及不同皮层之间的信息流可能并不是通过神经的。有些信息流可能以共振的方式连接不同大脑区域。
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心灵的未来 记录记忆
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不幸的是，HM（亨莫）在2008年去世了，享年82岁，这时科学仍未能带来可以给他提供便利的震惊世界的发现：我们无法制造出人工海马体，然后把记忆植入他的大脑。这些东西近乎科学幻想，但维克森林大学和南加州大学的科学家们在2011年创造了历史，他们记录下老鼠的记忆，并把它转换为数字形式储存在电脑里。这是一种原理性证明实验，他们的工作表明，下载记忆的梦想有一天也许会成为现实。
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最初，把记忆下载到大脑中的想法本身看起来都近乎痴人说梦，因为我们看到，记忆的产生涉及对不同感觉经验的加工，然后储存在位于新皮层和边缘系统的多个区域。但我们从HM的病例中看到，所有记忆都要经过同一区域，才能转化为长期记忆，这就是海马体。这个研究小组的带头人，南加州大学的西奥多·伯杰（Theodore Berger）博士说：“如果我们无法从海马体中得到答案，那么从其他地方肯定也无法得到答案。”
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维克森林大学和南加州大学的科学家们首先对大脑扫描数据进行观察，他们发现在老鼠的海马体中至少有两组神经元，分别称为CA1（海马1）区和CA3（海马3）区，在老鼠学会新技能时它们之间发生信息交换。科学家们训练老鼠按顺序按下两个键，然后可以喝到水，他们研究了相关发现，并试图解开其中的信息。但最初的结果令人迷惑，因为这两组神经元之间的信号似乎没有规律可循。但在监测这些信号上百万次之后，他们最终明确了哪些电输入对应哪些电输出。他们在老鼠海马体中植入探针，以此记录下老鼠学会依次按下按键时CAl区和CA3区之间的信号。
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之后，科学家为老鼠注射了一种特殊的化学品，使老鼠忘记已经学会的技能。最后，他们把记录下的记忆重新植入同一只老鼠的大脑。令人惊奇的是，有关这项技能的记忆又恢复了，这只老鼠可以成功地实施原先的技能。从本质上讲，他们制造了一个具有复制数字记忆能力的人工海马体。伯杰博士说：“打开开关，动物就能获得记忆；关上它，记忆就消失了。这是非常重要的一步，因为把所有片段整合在一起，这还是第一次。”
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美海军作战部对这项研究提供了资助。作战部部长办公室的乔尔·戴维斯（Joel Davies）说：“用植入的方法增强人的能力，这种技术已经上路了。实现它只是时间问题。”
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由于重任在肩，这个研究领域的发展十分迅速，这毫不奇怪。2013年，又出现了另外一项突破，这次是在麻省理工学院。科学家们不仅实现了在老鼠的大脑中植入普通记忆，而且实现了植入虚假记忆。这意味着，有一天，有关未发生过的事件的记忆也可以植入人的大脑，这对教育和娱乐等领域来说有着深刻的影响。
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麻省理工学院的科学家使用了一种叫做光遗传学的技术（我们会在第8章继续讨论这项技术），它可以对特定的神经元进行照射，使其激活。利用这种强大的技术，科学家能够识别出对特定记忆而言是哪些特定的神经元在起作用。
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比如说，一只老鼠进入房间，然后被电击。我们可以分离出承受这个痛苦记忆的神经元，并通过分析海马体把它记录下来。然后，把这只老鼠放进一间完全不同的房间里，它在那里绝对安全。打开光源照射在光纤维上，我们就可以用光遗传学技术激活那次电击的记忆，老鼠会做出恐惧的表现，而这个房间却是完全安全的。
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麻省理工学院的科学家用这种方法不仅实现了植入普通记忆，而且可以植入从未发生过的事件的记忆。将来有一天，负责教学的人可以用这项技术训练工人，把有关新技能的记忆植入他们的大脑，而好莱坞也可以开发出完全不同的娱乐形式。
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