小鼠接受實(shí)驗(yàn)
本報(bào)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(xué)腦功能基因組學(xué)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(guó)波士頓大學(xué)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(xué)習(xí)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(guó)科學(xué)院院報(bào)》(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(xué)家設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的“恐怖片”，讓幾只試驗(yàn)用的小鼠充當(dāng)主角。
首先在小鼠頭上戴一個(gè)特殊的“帽子”——這是研究小組研制出的世界上最 輕巧的精細(xì)微電極推進(jìn)器，96根比頭發(fā)絲細(xì)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(zhǎng)久記憶的關(guān)鍵區(qū)域。這些微電極能夠記錄到小鼠260個(gè)腦 神經(jīng)元的活動(dòng)情況，并將其顯示在電腦屏幕上。
然后，科學(xué)家設(shè)置了三個(gè)恐怖情節(jié)。一是“月黑風(fēng)高夜”，就是在特定環(huán)境中給小鼠背部突然吹一股冷風(fēng)，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(huì)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(shí)證明科學(xué)家的設(shè)想是有道理的。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，小鼠每次經(jīng)歷“險(xiǎn)境”時(shí)，在海馬區(qū)域的許多神經(jīng)元對(duì)這種驚嚇刺激果然有著各種各樣的放電反應(yīng)。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(luò)單元(coding
units)，對(duì)于相同的刺激，這一小搓神經(jīng)元的反應(yīng)基本相同；而對(duì)于另一些刺激，這一小搓神經(jīng)元可能毫無反應(yīng)。
很顯然，現(xiàn)在可以推斷出這些不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元可能對(duì)應(yīng)不同的感受，但是，要真正“讀”懂這個(gè)小鼠的“想法”，難度非常大。林龍年也認(rèn)為，要讀懂這些密碼是整個(gè)實(shí)驗(yàn)中最艱難的部分。
科學(xué)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(jìn)制數(shù)字，這種數(shù)字化的編碼形式使得科學(xué)家們能夠?qū)Σ煌膫�(gè)體乃至不同種群動(dòng)物的大腦編碼活動(dòng)進(jìn)行直接的比較和分析。
在分析了大量的神經(jīng)元活動(dòng)情況之后，林龍年和他的同事們終于“讀”懂了這個(gè)“天書”。他們現(xiàn)在已經(jīng)可以根據(jù)小鼠神經(jīng)元的活動(dòng)情況，反推出當(dāng)時(shí)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(shí)驗(yàn)對(duì)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?yàn)槿四X和鼠腦乃至世界上大多數(shù)哺乳動(dòng)物大腦的“海馬”所用編碼方式都是一樣的，因此，科學(xué)家們推測(cè)，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(jí)認(rèn)知功能。
這是否意味著，以后在人的腦袋上也戴一個(gè)同樣的機(jī)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(gè)神經(jīng)元，目前最新進(jìn)的儀器也只能讀到小鼠的260個(gè)神經(jīng)元，所以要研發(fā)出一種能夠監(jiān)控140億個(gè)神經(jīng)元的“帽子”難度非常大。其次，這個(gè)“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(shí)際操作方面的困難。
人腦記憶破解 可研制獨(dú)立思考機(jī)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(jī)器人，他們能夠獨(dú)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(zāi)。當(dāng)然，這種構(gòu)想還非常遙遠(yuǎn)，但卻再次證明了科學(xué)是把雙刃劍。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng) 我聽到了小鼠的思考
本報(bào)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(shí)驗(yàn)室中，通過儀器聽到了小鼠大腦神經(jīng)元的活動(dòng)聲，努力聽懂這種聲音，就是科學(xué)家們正在從事的研究項(xiàng)目。
小鼠頭上插著一個(gè)特制的精細(xì)微電極推進(jìn)器，這是監(jiān)控它大腦活動(dòng)的“探頭”。為了幫小鼠“減負(fù)”，科學(xué)家在這個(gè)推進(jìn)器上方系了一個(gè)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(gè)木制的汽車、娃娃。從顯示器上看，它的大腦神經(jīng)元活動(dòng)很平靜，“咔嗒咔嗒”的神經(jīng)元活動(dòng)聲也很均勻。這時(shí)，林龍年伸手過去，它機(jī)警的躲開，而顯示屏上顯示的神經(jīng)元活動(dòng)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�？磥恚∈髮�(duì)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(zé)任編輯 原霞
