小鼠接受實驗
本報訊 (記者 吳華)
戴上一頂非常精密的“儀器帽”，就能在電腦顯示屏上清楚的“讀”出你在想什么——這種科幻片中常常出
現(xiàn)的情景，昨天就在華東師范大學腦功能基因組學研究所上演。不過，戴“帽子”的是灰色小老鼠。
該研究所林龍年副教授與美國波士頓大學錢卓教授合作，在世界上首次發(fā)現(xiàn)了大腦記憶的編碼單元，并使人類能夠通過儀器監(jiān)控直接看到大腦在學習過程中是如何形成記憶的。
這一重要研究成果發(fā)表于最新一期的《美國科學院院報》(Proceedings of the National Academy of Science)。
獲取大腦密碼 小鼠主演“恐怖片”
為了獲取大腦記憶的“密碼”，科學家設計了一個簡單的“恐怖片”，讓幾只試驗用的小鼠充當主角。
首先在小鼠頭上戴一個特殊的“帽子”——這是研究小組研制出的世界上最 輕巧的精細微電極推進器，96根比頭發(fā)絲細得多的微電極就插入小鼠大腦的海
馬區(qū)域，這里是形成長久記憶的關(guān)鍵區(qū)域。這些微電極能夠記錄到小鼠260個腦 神經(jīng)元的活動情況，并將其顯示在電腦屏幕上。
然后，科學家設置了三個恐怖情節(jié)。一是“月黑風高夜”，就是在特定環(huán)境中給小鼠背部突然吹一股冷風，讓它毛骨悚然；二是“電梯失控下墜”，就是把小鼠放在特制的小電梯中，做自由落體下降，猛然著地；三是“地震刺激”，小鼠被放在特制小電梯中，然后電梯突然猛烈的左右搖晃。
“由于這些經(jīng)歷能夠產(chǎn)生令人難忘的記憶，我們猜想大腦中會有許多神經(jīng)元參與這些記憶的編碼，因此我們希望通過巧妙的實驗設計與新記錄技術(shù)的結(jié)合，來探索和破譯大腦編碼的奧秘。”錢卓博士說。
破譯大腦密碼 “讀”懂小鼠所“思”
事實證明科學家的設想是有道理的。科學家們發(fā)現(xiàn)，小鼠每次經(jīng)歷“險境”時，在海馬區(qū)域的許多神經(jīng)元對這種驚嚇刺激果然有著各種各樣的放電反應。而且，研究人員發(fā)現(xiàn)，一小撮神經(jīng)元能夠組成記憶編碼的神經(jīng)網(wǎng)絡單元(coding
units)，對于相同的刺激，這一小搓神經(jīng)元的反應基本相同；而對于另一些刺激，這一小搓神經(jīng)元可能毫無反應。
很顯然，現(xiàn)在可以推斷出這些不同的神經(jīng)網(wǎng)絡單元可能對應不同的感受，但是，要真正“讀”懂這個小鼠的“想法”，難度非常大。林龍年也認為，要讀懂這些密碼是整個實驗中最艱難的部分。
科學家們通過這些編碼單元的激活與否，把每一種驚嚇經(jīng)歷轉(zhuǎn)化成一串二進制數(shù)字，這種數(shù)字化的編碼形式使得科學家們能夠?qū)Σ煌膫�體乃至不同種群動物的大腦編碼活動進行直接的比較和分析。
在分析了大量的神經(jīng)元活動情況之后，林龍年和他的同事們終于“讀”懂了這個“天書”。他們現(xiàn)在已經(jīng)可以根據(jù)小鼠神經(jīng)元的活動情況，反推出當時小鼠是受到了哪種驚嚇刺激，正確率100%�！ �
可適用于人類 讀人類思維理論可行
雖然目前林龍年的實驗對象只是小鼠，但是，這為人類最終破解大腦的記憶密碼提供了一把鑰匙。因為人腦和鼠腦乃至世界上大多數(shù)哺乳動物大腦的“海馬”所用編碼方式都是一樣的，因此，科學家們推測，人的大腦很可能利用同樣的原理來完成記憶之外的其他高級認知功能。
這是否意味著，以后在人的腦袋上也戴一個同樣的機器“帽子”，然后我們就可以坐在電腦前“看”他在想些什么？林龍年表示這從理論上來說是可能的，但從技術(shù)操作上難度太大。
首先，人類大腦有140億個神經(jīng)元，目前最新進的儀器也只能讀到小鼠的260個神經(jīng)元，所以要研發(fā)出一種能夠監(jiān)控140億個神經(jīng)元的“帽子”難度非常大。其次，這個“帽子”要戴到腦子里面去，給人的大腦插上電極還有倫理和實際操作方面的困難。
人腦記憶破解 可研制獨立思考機器人
林龍年表示，一旦人類大腦的記憶原理完全被破解，就可以據(jù)此研制出具有人類思維方式的機器人，他們能夠獨立思考，懂得聯(lián)想，甚至有情有義。這種前景讓人又喜又憂，可能是美麗的畫卷，也可能給人類帶來滅頂之災。當然，這種構(gòu)想還非常遙遠，但卻再次證明了科學是把雙刃劍�！ �
實驗現(xiàn)場 我聽到了小鼠的思考
本報訊(記者
吳華)“咔嗒、咔嗒——”這不是小鬧鐘的秒針走過的聲音，而是一只灰色的小老鼠“思考”的聲音。記者昨天在林龍年副教授的實驗室中，通過儀器聽到了小鼠大腦神經(jīng)元的活動聲，努力聽懂這種聲音，就是科學家們正在從事的研究項目。
小鼠頭上插著一個特制的精細微電極推進器，這是監(jiān)控它大腦活動的“探頭”。為了幫小鼠“減負”，科學家在這個推進器上方系了一個老虎形狀的大氣球，免得壓得小鼠抬不起頭來。
這只小鼠正在自己的“窩”里玩玩具——幾個木制的汽車、娃娃。從顯示器上看，它的大腦神經(jīng)元活動很平靜，“咔嗒咔嗒”的神經(jīng)元活動聲也很均勻。這時，林龍年伸手過去，它機警的躲開，而顯示屏上顯示的神經(jīng)元活動立即密集起來，很多原來未激活的神經(jīng)元都活躍起來，“咔嗒”聲的節(jié)奏也有所變化�？磥�，小鼠對于敵人“入侵”產(chǎn)生了一些“想法”。
林龍年坦言，目前他們也沒有完全讀懂小鼠的心思，只有幾種特定的驚嚇情況能夠讀懂，而一些平和的情緒還有待研究。
責任編輯 原霞
