2010-11-18

[心得] 如何讀好paper

研究對我來說是一份很有挑戰的工作,如果每天能夠發現一點點新的東西,能解答人類以前不能解決的問題,聽起來就是很令人興奮的事情,然而我們一定要鑑古知今,這就必需要從閱讀文獻(paper)中慢慢一點點的累積。

在我個人讀書的過程,從小的教育就是背起來,考試的時候就印上去腦子裡浮現的答案,那這個方法普遍來說,在台灣的教育體制下,這方法是還行得通,但是做研究是全新/未知的領域,是無從背答案的。所以在以往的慣性下,我讀paper時會把重要的東西背下來或抄在筆記裡,但是還是缺少思考問題的能力。以下我整理一些我覺得讀paper時應該要抓到的一些重點。

在結構完整的一篇paper中(註一),我們要注意仔細閱讀以下內容:

文章摘要會總結整篇文章的大意主要發現

引言中敘述這篇研究的背景知識,及為什麼研究會這樣進行,所以我們讀者就應該要去了解其中每個段落的連結及邏輯性,並且找出文章中的假說,一個好的假說會提到如何進行研究,及明確說明文章想要試圖去證明或解答的問題。

接下來實驗方法是接續假說來設計的實驗,會提到這篇文章是用什麼樣的材料和技術去進行實驗,如果要進行相類似的實驗時,就可以從部份得到所需的資訊。

實驗結果即是文章中主要研究成果的展現,我們應該分析文章每個實驗結果是否有邏輯,所以當我們看完文章的引言和實驗方法時,在還未讀實驗方法前,先在腦中想想,依據文章中所提出的假說及材料、技術,那試想像一下如果你在做實驗會先得到什麼樣的結果?你會將什麼樣的結果呈現在這篇文章的第一個圖/表?然後再開始閱讀結果的部分,是否和你猜想中的第一個實驗結果是相同的?接著如果是第二個圖/表,你會呈現什麼?然後你還需要多少結果(圖/表)可以說完這個故事足以證明你的假說?然後接著讀完整實驗結果的部份。再回想一次你希望呈現的數據結果和這篇文章中的是否相似?為什麼不同?文章中的數據是否有邏輯性?

最後是問題討論的部份,這部份常常是我自己也覺得比較難跟得上作者的思維,這也許和是不是自己熟悉的領域也有關係,但作者通常會明白說明本實驗結果,是否完成解答所提出的假說,或是為什麼沒有證明假說是正確的。然後文章這部份會引用大量其它文獻來佐證自己的說法,所以如果某些討論不了解時,必需從所提的參考資料中去研讀。

通常我會看完文章之後再回去看一次摘要,是否和所讀到的重點相同,如果還有時間和力氣,或許可以試著自己重寫一次文章的摘要,如果限定200字時,你會如何寫?如果限定一句話時,你會怎麼摘要這篇文章?再想想這篇文章和你想進行的研究有什麼相關,為什麼要讀這篇文章?

總而言之,在以前我閱讀paper的時候只是找出文章中發現了什麼,然後就抄在筆記,但是沒有真正去思考這文章能給我什麼樣的啟發,我發現讀完文章和別人討論更可以學到很多,這也就是Journal club(註二)的用意。

以上是我自己的經驗分享文,請多多指教。

註一: 有一些paper的結構並不是很完整,因為期刊的字數或頁數的限制,所以會將部份的結果或實驗方法結合,只見到實驗方法,參考線上資料,或只有短短字數在文章最後面,且文章的假說會很難抓得出來。
註二: 是一討論paper的讀書會性質,像許多實驗室都會討論paper,但是型式都不一樣,有些這類讀書會是一次討論很多篇文章,可以增加知識廣度,或同實驗室研究相同方向的會找同樣有興趣的文章,找出文章中的盲點,可以增加知識的深度,二者皆有好處,當然還有很多不同的型式。

2010-05-30

[文摘] 為什麼人要有二個鼻孔?


正好看到朋友提到這樣的問題,為什麼人要有二個鼻孔?

這個問題還蠻有趣的,人有些器官是對稱的,但對稱的構造是有特別的功用,就從臉部的構造來說,二個眼睛提供雙眼視覺,可以分辨3D環境的遠近,二個耳朵可以分辨聲音來源的方向,那為什麼人要有二個鼻孔而不是像一個嘴巴只有一個開口就好? (原因大概不是為了流鼻水的時候可以塞一個鼻孔還有另一個可以呼吸…)

竟然在有朋友找到這樣的研究,解釋人為什麼要有二個鼻孔,以下文章連結出自Nature,研究指出,在二個鼻孔同時呼吸的情況下,其實氣流的強度是不同的,正常情況下二個鼻孔呼吸的強度是每隔一段時間會左右互換 ,這呼吸氣流的強度,則會影響其嗅覺的不同,在氣流比較強的情況下,大分子的"味道"不容易被聞到,如此一來,其實二個鼻孔所"聞"到的氣味是不同的。

Olfaction: The world smells different to each nostril

Noam Sobel1, Rehan M. Khan2, Amnon Saltman3, Edith V. Sullivan1,4 & John D. E. Gabrieli1,2

Abstract
The flow of air is greater into one nostril than into the other because there is a slight turbinate swelling in one1, 2, 3. The nostril that takes in more air switches from the left to the right one and back again every few hours4, 5, 6, but the effect of this switching on the sense of smell has been unclear7, 8. Here we show that this difference in airflow between the nostrils causes each nostril to be optimally sensitized to different odorants, so that each nostril conveys a slightly different olfactory image to the brain.

連結:http://www.nature.com/nature/journal/v402/n6757/full/402035a0.html

2010-05-16

[轉載] 健忘的傳奇(三)


此文章轉載自:http://songshuhui.net/archives/34425.html

H.M.的新記憶

六十年代,布倫達通過一系列設計精巧的實驗展示了一個令人驚異的事實:在失憶的亨利腦中,某一些記憶功能,卻被保留了下來。

她讓亨利完成這麼一項任務:她給了他一支鉛筆,一張畫著雙線五角星的紙片,讓他沿著五角星的輪廓,在雙線間再畫出一個五角星來。可是,在整個過程裡,亨利面前的一個擋板遮住他的視線,使得他無法看見這張畫片上的五角星,只能通過一面鏡子中的影像來完成任務。由於鏡像左右顛倒,亨利最開始畫得歪歪斜斜,完全無法筆走直線,但是經過好幾天的重複,亨利的表現大為提高,到最後,他完全可以對著鏡子,流暢地畫出五角星來。他學習的速度雖然比正常人稍慢,可是畢竟能夠學會,而且學會後卻並不比別人忘得快——在一年之後,他依然可以較為流暢地完成這一項任務。

自然,亨利全然不記得自己曾經反覆做過這件事,每次畫畫,對他都是嶄新的經歷。甚至某一次,當他流暢地畫出五角星時,他驚訝地說:「這麼簡單?我還以為會很困難呢!」

記憶與學習是緊密聯繫在一起的一對姐妹。我們之所以能夠不斷學習新知,正是因為我們的大腦能把每次遭遇新知識的短時記憶轉化成長時記憶存放起來。記不住任何事件的亨利,卻能通過訓練,學到動手操作上的新技能。這使得布倫達意識到,在海馬之外,還有別的記憶可以生成。海馬固然重要,卻只掌握著某一類特定記憶的轉化,在亨利大腦所剩的其他部分裡,另一種記憶正在悄然生成。

這種記憶功能,也是長時記憶的一種,我們現在叫做「程序性記憶」(procedural memory)。它與亨利不能學會的「陳述性記憶」(declarative memory)——我們每天對日常事件的記憶以及對新概念的吸取——相反,常常與全身或局部運動有關(所以在某些時候被稱為「肌肉記憶」)。它能幫助我們完成日常生活裡的許多看來毫不起眼的任務。正是依靠它,從小到大,我們學會了如何穿鞋帶,如何辮辮子、如何游泳、騎自行車、開車、彈奏樂器、飛快地打字……這種記憶的過程往往很難用語言來描述,學習的過程相對緩慢,可是一旦掌握,它可以在我們的腦中存留很長的時間。由於和運動相關,程序性記憶的生成與小腦、紋狀體、運動皮層一類的腦區有關。

實際上,亨利能學會的,還不止於此。

六十年代末,又一位女科學家加入了研究H.M.的行列。她就是布倫達手下的研究生,蘇珊‧科金。此後四十年間,蘇珊獲得了博士學位、在麻省理工承擔教職、建立腦科學與行為實驗室,而她對亨利的研究,一直延續了下來。實際上,在亨利死後,第一時間接到消息,奔赴醫院對亨利大腦進行最後一次「在位」核磁共振成像掃瞄的人,就是蘇珊。

如果說,H.M.研究早期的主要成就在發現他不能記得什麼,那在研究的後期,最激動人心的發現則來自於他還能製造什麼記憶。

在一個實驗裡,蘇珊給亨利出示幾幅雜誌畫片,讓他盯著看上一陣。過上十分鐘、一天、或者三天之後,蘇珊給他出示同一張畫片,外加一張他沒看過的畫片,詢問他哪一張看起來更加眼熟。在這個測驗中,亨利表現得不錯。雖然亨利完全不記得自己看過什麼雜誌和畫片,但他缺失了一部分重要組織的大腦,卻能奇妙地在潛意識裡記錄下關於畫片的粗略印象,讓他對看過的畫片產生說不清道不明的熟悉感覺。

在一種叫做「重複啟動」的心理學測驗上,亨利的成績也正常。這種測驗通常先向被試展示一系列單詞,隨後讓他們做完形拼寫填空的任務。通常被試填空的結果,會受到事先所見的單詞的影響:譬如面對「pic____」,如果被試事先看到的單詞中有「picture」這個詞,出於心理暗示,他們更傾向於用picture來完成填空,而不是picnic,或者pick。這再次說明,雖然亨利不可能說出先前自己看到了什麼單詞,但他的大腦中卻確實留下了關於這個單詞的一些長期的「記憶」。有趣的是,如果事先展示的單詞裡包括五十年代之後才出現的新詞彙,這種重複啟動的暗示效應就消失了。

蘇珊後來還發現,亨利可以準確地畫出自己居住的單元房的地圖,而他是在手術之後才搬到這裡的。蘇珊推測,也許是在許多年間、日復一日的起居坐臥中,亨利以極其緩慢的速度,也許通過不斷重複的肌體運動的幫助,慢慢地獲得了關於這個特定空間的感知和記憶。

更為有趣的是,雖然亨利幾乎不記得手術之後世界上發生的任何事情,他卻對一些名人有著模糊的印象。譬如在音節提示下,他能夠說出當時美國總統是布什,能夠叫得出里根的名字,知道肯尼迪——甚至還知道他死於暗殺。蘇珊推測,大腦其他部分有可能也在記憶形成之中起到作用,喪失了海馬之後,亨利的大腦也許在許多年間嘗試利用其他區域的神經元,創造出零星的新知識。

最初,當布倫達的鏡像實驗結果被發表出來時,人們以為這種與肌肉運動有關的記憶,很可能是一個特例。而現在,隨著研究越來越深入,越來越多的「特例」被發現,現在形成了一大類被籠統稱為「非陳述式記憶」(non-declarative memory)的記憶方式。這些記憶在海馬外的腦區中悄悄成形,深藏在我們的潛意識中,在日常生活裡扮演著極其重要的角色,卻因為並不向我們提供明晰的事件與概念而極少有人能夠意識到他們的存在。數十年來,這些「非傳統形」的記憶形式浮出水面,為我們研究人類的意識與潛意識,起著非同小可的作用。現在,科學家們已經意識到,記憶不是單一的形式,海馬與記憶的關係,也不像我們最初所以為的那樣簡單直接。頗有哲學意味的是,當年是亨利幫助科學家們將記憶明確定位在小小一塊海馬上,提出簡化而有效的記憶生理模型;而現在這同一個亨利,又使得科學家們將眼光拓展到海馬之外,在大腦其它部位搜尋更為複雜卻同樣激動人心的記憶機制。

曾經埋藏在大腦深處、黑匣子一般難解、夢境一般虛無縹緲的記憶,現在終於慢慢向人類揭露出它內部的構造,以及背後龐大而錯綜複雜的神經生理基礎。近年來,神經科學的研究已經深入到分子水平,許多曾經無法解答的玄妙問題,現在已經有了看得見摸得著的答案。

最後的篇章

亨利步入了風燭殘年。


自從二十七歲的手術之後,亨利就喪失了獨立生活的能力。他先和父母生活,後來搬去接受親戚照料,再後來進入老人院。他一生愛看電視,愛做填字遊戲——他堅信這種活動能幫助他記住單詞。他喜歡和人聊天——雖然他轉頭就忘掉聊天的內容。他聰明、風趣、充滿幽默感,並常有妙語湧出。當他面對研究者所提出的,讓他無法回答的問題時,譬如 「你吃過飯了嗎」,他常常說:「我不知道,我正在和自己爭論這件事。」這句話,現在已經成為蘇珊實驗室裡學生和博士後研究員嘴上的口頭禪。

亨利甚至喜歡善意地捉弄人。有一次,他和蘇珊走在麻省理工的校園,蘇珊問他:「你知道我們在哪裡嗎?」亨利立刻說:「怎麼啦,我們當然在麻省理工!」蘇珊驚訝地看著他,他得意地大笑,指著身邊一個學生的T恤,上面正印著MIT三個字母。

對於研究者,亨利是一個最好的被試。他脾氣溫和,易於相處,永遠樂意嘗試那些奇奇怪怪的測試和任務,並總是歡迎科學家們的到來。他不記得任何人——包括蘇珊,但他對她感到親切,如果蘇珊問他:「我們見過面麼?」,他會說:「見過,在高中。」在他那個「彷彿從夢中醒來」的世界中,他平靜地生活,接受自己失憶的現實,並常常以此自嘲。蘇珊曾問他:「你做過什麼嘗試讓自己記住事情麼?」他狡黠地笑著說:「我怎麼會知道,因為就算我嘗試過,我也記不住哇!」他還常常敲打著自己的腦袋,感嘆道:「這個榆木疙瘩!」

九十年初,亨利和他的監護人簽下協議書,同意死後捐獻大腦。二零零八年十二月二日,八十二歲的亨利因為呼吸衰竭,在老人院去世。他的遺體很快被轉移到麻省總醫院(Massachusetts General Hospital),在那裡接受掃瞄。與此同時,聖迭戈的腦科學家雅各布‧安內瑟教授(Jacopo Annese)連夜飛往東海岸,與麻省的醫生一起將亨利的大腦小心翼翼地取出,按照嚴格的程序進行了甲醛固定。

次年二月,安內瑟再赴東岸,將大腦樣品帶回聖迭戈的大腦觀察實驗室。亨利生前,從未造訪加州。在他死後,他的大腦卻遠赴千里,在這個陽光海岸,為他的傳奇掀開了新的一頁。

於是回到本文開始時的那一幕,在亨利去世一年之後,他的大腦被切成兩千四百多片七十微米厚的樣品——在安內瑟和同伴的努力下,僅僅兩片樣品被切片機破壞,絕大多數完美無缺。雄心勃勃的安內瑟計劃對一些切片染色,利用計算機重構技術,構建出亨利大腦內部神經元連接的三維信息圖,並將它儲存在加州大學聖迭戈分校的超級計算機中心裡。這一工程完成之後,所有的信息將向世界上所有的科研工作者公開,成為一個像「Google地球」一樣可供公眾搜索的數據庫。

蘇珊評價過:「H.M.大腦無以倫比的價值在於,我們擁有他五十多年的行為學數據,包括各種記憶與認知功能,甚至感覺和運動功能方面的測試。」而現在,隨著對亨利大腦內部神經網絡結構的揭示,這個神經科學上最重要的被試,將再一次為科學家們連接思維意識與其背後的生理基礎提供無比珍貴的機會。這將為H.M.在神經科學史上所作出的巨大貢獻的書寫最後的篇章,而且,是異常重要的一章。

當年那個年輕的女科學家布倫達已經九十高齡,銀發蒼蒼,卻依然在加拿大繼續從事著科研教學的工作。每當她回憶自己一生的科研歷程,她總是說,自己格外強烈的好奇心成為許多發現的關鍵。當一個十一歲的女孩問起她為什麼要成為科學家時,她說:「如果你看看詩歌、音樂和小說,在眼下它們與幾百年前的一樣好。可是科學卻不同,我們現在所作出的發現,將永遠比過去作出的更好。科學總是新的,它永遠會讓我們的生活變得更加有趣。」

如果亨利知道自己在這一過程中起到了怎樣的作用,他無疑會相當欣慰。因為在這個健忘的老人身上,有一些信念,終生不曾失落。他總是希望,科學家們在他身上發現的一切,能夠幫助到其他的人。

「亨利,明天你打算幹些什麼?」在一段錄音中,蘇珊曾經這麼問他。

「我想,任何對別人有用的事情。」亨利蒼老的聲音做出了平靜的回答。

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1. 值得一提的是,亨利被摘除的內側顳葉中並不僅僅含有海馬,還有杏仁核、海馬旁回等其他結構。哪怕在布倫爾進行了詳細比較研究、基本排除了海馬旁會導致亨利失憶的可能性後,她也在1957年的文章中坦陳,究竟是否應該把亨利的記憶損失全部歸於海馬,還需要進一步確定。海馬在記憶上的功能,是後來許多科學發現逐步確定的,但這篇文章首次明確指出了這種聯繫。

2.卡爾的這兩個看法,從今天神經科學的發展來看,並非全然錯誤,實際上大腦確實具有一定的全息性和可塑性。

3.在有的情況下,不一定是接受信息的神經元在接受上變得更加高效,也可能是提供信息的神經元提高自己的提供方式,不過前一種機制現在認為更加常見。

編輯:小莊

[轉載] 健忘的傳奇(二)


記憶:混沌初開時
亨利的失憶症嚴重而獨特。從布倫達一見到他開始,她就意識到了這一點。從表面看,亨利是個正常、可親的年輕人,可是日常生活裡遭遇經歷的一切事情,對他來說都比雪泥鴻爪更加雁過無痕。他對眼前任何事件的記憶都只能持續幾分鐘甚至更短的時間,一旦注意力被轉移到其他事情上去,他立刻就忘掉先前的那件事。他對時間的記憶停留在手術前:他告訴布倫達,今天是一九五三年三月,他今年27歲。事實上,他對於自己的手術只有極其模糊的印象,而對手術前幾年的許多事情,也有嚴重的遺忘——譬如怎麼也記不起來他最喜歡的舅舅,在他手術前三年就去世了。

可與無法記得眼下生活裡的事情相反,亨利對童年的記憶非常正常。他知道父母是誰,家鄉在那裡,他記得小時候全家人去度假,他記得因為父親來自南方,所以不習慣過聖誕節。此外,他智商112,邏輯推理與語言會話能力一切正常。他也困惑於自己的改變,他告訴布倫達:「我像突然驚醒在一場夢裡……我的每一個日子都是單獨的,與另一日毫無關聯。」

手術後失憶,在經歷了腦葉切除術的病人裡並不少見。可是亨利所損失的記憶能力卻有著非同尋常而又異常清晰的特徵,同時,因為他的手術過程被斯科維爾明確地記錄下來,這就為準確將記憶缺失定位於受損腦區帶來了可能。經過對亨利和另外九名接受了顳葉切除術的病人(他們被切除的腦區大小和記憶受損的程度各不相同)仔細的比較研究,布倫達和斯科維爾醫生得出結論:在亨利被摘除的大腦部分中,有一個特殊的結構,因其形狀細長彎曲,得名海馬(Hippocampus)1。正是這個海馬,是我們人類維持日常生活記憶的重要中樞。亨利的失憶症,就源於他海馬的缺失。而海馬的缺失並未影響到他記憶之外的其他神經活動,也並未改變他的人格品性,除了失憶以外,他完全是個正常人。這說明,海馬主要管理記憶,而對其他神經活動涉足甚少。

也許對於我們,這個結論聽起來毫不驚人。現在,不同的腦區主管不同的神經功能的概念早已深入人心。故而我們往往不曾意識到,僅在短短幾十年前,科學家們還不清楚我們顱骨內的這團柔軟細膩的灰白色組織,究竟如何協調我們的思維和行為。以著名心理學家卡爾•拉什利(Karl Lashley)為代表的一些科學家認為,我們的大腦並沒有明確的分區,當我們需要思考時,整個大腦都平等而均勻地參與了這一行動。此外,如果損傷大腦的一個區域,那另外的區域將取代被損區域的功能2。布倫達和斯科維爾對H.M.的這一項研究,直接挑戰了這一理論,在神經科學史上首次將一項可以明確定義的神經功能——記憶,並且是某一種特定的近期記憶——如此精確地定位在大腦中的某個輪廓分明的區域上,開創了大腦功能分區研究的先河。他們的研究結果發表在一九五七年二月的《神經病學、神經外科手術和精神病學雜誌》上。這篇題為《雙側海馬切除後的近期記憶損失》的文章,從發表以來已被引用兩千多次,是神經科學有史以來被引用次數最多的文章之一,被公認為奠定了現代神經科學與腦科學研究的重要基礎。

海馬究竟在哪裡?現在想像你端坐在鏡子面前,與鏡中的自己四目對視,鏡中的那道目光垂直穿過你的眼眶、平行直射入大腦深處,掠過雙耳的位置後,停留在大腦中軸線的兩旁,此時這道目光所見的灰白色的腦體,就正是你的左右兩條海馬體。且讓我們的目光在這裡多停留一會兒,仔細打量對我們生活至關重要的這團神經組織,並思考這樣一個問題:雖然亨利不能再記得日常生活裡的任何事情,卻依然可以喚起自己童年時形成的回憶,那麼,在我們近期的記憶與遙遠的記憶之間,究竟有什麼關係?






















再來看這樣一個事實:如果科學家讓亨利在屏幕上看一串停留一陣又消失的數字,然後讓他立即重複,當數字在六到七個之內時,他能夠準確地完成任務。這一成績,和我們絕大多數的普通人並無區別。這麼看來,亨利並非完全不能「記住」東西,他和我們的區別只不過是,我們能把這些稍縱即逝的事件在頭腦中長時間的保留下來,而他轉過頭就把記住的一切都忘掉了。

記憶和遺忘之間,又是什麼樣的關係?我們的大腦,究竟如何為我們保存各種各樣的記憶?

其實要回答這些問題,最優秀的科學家也不敢說自己已經有了明確的答案。但通過許多像布倫達,像她的恩師和她後來的學生一樣充滿好奇的科學家們在過去幾十年甚至上百年間的努力,對記憶這個既具體又縹緲的東西,我們的認識,已經有了極其深刻的變化。我們正一步步地逼近了大腦最深處的那個秘密。

先來看看我們大腦的樣子:在我們的顱骨裡,最重要的居民大概是數以千億計的神經元,它們的細胞體大多居住在大腦皮層的表面,擠擠挨挨地,形成了一層叫做「灰質」的區域。這些神經元的細胞體上,又長出長長短短的觸手——軸突,它們深入大腦內部,互相糾纏,形成「白質」。這些神經元們,就靠著各種各樣的軸突與彼此接觸,形成錯綜複雜的神經網絡。在這個網絡裡,一種被稱為「神經遞質」的化學物質,它就好像古時驛道車馬上的信件、後來細細電話線裡的電波、現在互聯網中的即時消息一樣,是神經元彼此聯繫、傳遞信息的重要介質。想像神經元小張,有事情要告訴神經元小王,小張便會通過接觸小王的的那條軸突末端,釋放出特定的神經遞質,而小王收到這些信息,把它們轉化成特定的電信號,這就完成了一次神經元之間的交頭耳語——突觸傳遞,我們神經通訊最基本的機制之一。

記憶的本質,是靠加強特定的神經元之間的這種交流和耳語來完成的——也就是增強神經網絡中特異的「節點」。如果你曾在江南煙雨中遇到過那個正當年齡的人,記憶將被刻寫得如此深刻,以至於多年之後,當一滴小雨落在皮膚上,那微涼的感覺通過感覺神經元傳入腦中,竟能準確無誤地擊中那個在很久以前就變得異常敏感的節點,於是那人的模樣又歷歷在目,猶如親見。這,就是記憶。

我們的記憶又分為短時記憶和長時記憶,其中短時記憶這一段,就是短期加強神經節點的效率——如果神經元小王知道小張有重要事情要講,它會格外注意聆聽小張那邊的動靜,交流變得高效,在這時,我們就形成了短期的記憶。可是,這種加強效果非常短暫,一般只要幾十秒鐘,小王就會「忘掉」小張的重要性,我們的短時記憶就消失了。那我們如何獲得長時記憶呢?

想像一面橡膠牆,如果你出拳撞擊,將會在牆上形成一個拳頭大小的坑,但如果橡膠彈性較好,很快這個小坑就自動平復了。可是如果你在好幾天、好幾個月甚至好幾年的時間裡,天天出拳撞擊橡膠牆的同樣一個位置,那裡一定會出現一個永久的坑——牆發生了結構性的改變,而這,正是我們形成長時記憶時發生的事情。如果某一個信息在神經元中不斷被重複——如果小張不斷告訴小王重要事體,小王大約會面向小張長期建立一個敏感的接聽器3。從此以後,小張的耳語能夠毫無遺漏地傳遞給小王,激起合適的電信號,這兩個神經元之間,形成了一個被長期增強的交流節點。而這節點的長期性加強的過程,便是將短時記憶轉化為長時記憶的存儲過程。在這個過程裡,許多基因被表達,蛋白質被合成,還有特異的酶長年辛勤工作,負責維修被增強的節點,保證它們一直高效。這是一個複雜而又長期活躍的過程。如果說,短時記憶靠的是稍縱即逝的化學信號的改變,而長時記憶的基礎,則是在短期記憶的基礎上,對神經網絡裡節點的物理結構產生了根本性的變化。

記憶,這個對於我們正常人來說彷彿是想當然、自然發生的過程,其實並非混沌一片。在我們的頭顱之中,不同腦區、不同神經元和不同分子機制分擔不同的任務,負責記憶形成過程裡每一個精巧的步驟。而海馬所承擔的,正是這種將短時記憶轉化成長時記憶的重要工作。在忙碌的海馬中,節點增強每時每刻都在發生,它把我們閱讀的書、欣賞的畫、吃到的美食、窗外的風景、以及那些讓人心跳慢半拍的名字……全都分門別類地放好,珍藏起來,供我們日後回憶。

可憐的亨利,雖然他舊日加強的節點依然完整,可卻再也無法對其他節點進行加強,也就無法為回憶中其中增添任何新的內容了。

真的嗎?

[轉載] 健忘的傳奇(一)

以下文章轉載自:http://songshuhui.net/archives/33638.html

在他生前,每當有人對他說:「你可不知道自己多有名啊!」,他總是靦腆地回答:「真的嗎?」與此同時,他臉上也閃現出稍縱即逝的自豪神色,可最多幾分鐘後,他就把這一切丟在腦後。
這個最健忘的人,亨利•莫萊森(Henry Molaison),將永遠留在現代神經科學研究的記憶中。

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「快到了。」有人屏住呼吸,輕聲說。
所有目光的焦點上,是一尊二十釐米高的乳白色長方體,四周用於控制低溫的乾冰散發出薄薄的白霧。它的頂端截面略小於一張A4打印紙,中心一小片已經隱隱透出樣品柔和的粉色,隨著方形托台的移動,正緩慢而堅定地向一枚橫跨整個長方體表面的鋒利刀刃逼近。
當刀刃挪到盡頭,科學家用柔軟的油畫筆小心翼翼地把層層疊疊、雪沫般的樣品挑起,放入嚴格控制酸鹼度、盛滿鹽溶液的小方格。如果將它在明信片大小的玻璃片上展開,你將在中間看到一小塊近乎圓形的肉色神經組織——這顆舉足輕重的大腦的第一張切片。


H. M.的大腦切片
藉著網絡視頻,成千上百普通人與實驗室中的科學家們一起,在世界的各個角落上見證了這一刻。
此刻是二零零九年十二月二日午後,美國南加州聖迭戈市一個陰濕而溫暖的冬日,距離這顆大腦的主人在千里外的康州去世,整整一年。在過去五十多年間,亨利•莫萊森對神經科研作出了無可替代的巨大貢獻,他的故事在世界上幾乎每一本神經學的教材中都有專章敘述。他作為關鍵人物,開啟了當代神經科學的新篇,讓我們對許多最基本最重要的問題有了翻天覆地的認識。這些問題包括:人類怎樣獲取新知,為何會擁有記憶,甚至自我意識從何而來。
可是亨利自己卻永遠不會意識到這一切。甚至他的真實姓名也只在他死後才為世人所知——在過去所有的教材與科研文章裡,為了保護個人隱私,他的名字都只是簡簡單單的兩個姓名首字母——作為神經科學史上最重要的被試H.M.,亨利的大腦裡,有一本無法向後翻動的日曆,最上面的那一頁,永遠停在了一九五三年的九月一日。

左圖為H.M.的大腦切片











改變一切的手術

第一次癲癇,發生在亨利十歲的時候。
亨利出生於美國東北的康涅狄格州的首府哈特福德,他小時候是個健康的孩子。九歲那年(也有一說是七歲),亨利被一輛自行車撞傷頭部,並昏迷數分鐘。但是否因此而導致了日後的癲癇,卻並不清楚,因為在他的親戚中, 曾有三人罹患此病。
過了十六歲生日,癲癇愈加嚴重,亨利不得不停學數年,直到二十一歲才高中畢業。之後他去一家汽車廠當裝配工,可後來也因為頻繁發病,最終只能辭職。二十七歲的亨利,是個清瘦而英俊的年輕人,可是他的正常生活已經徹底被癲癇毀掉:他經常眩暈、昏厥,大劑量的抗癲癇藥對他也已失效。這時,當地著名的神經外科醫生威廉•斯科維爾決定在這個年輕人腦中,進行一項實驗性的手術。
在四五十年代,一種叫做「腦葉切除術」(lobotomy)的手術盛行美國。這種手術以破壞或摘除大腦的某一部分為手段,通常用來治療有精神病的人。那時候的醫生們對大腦的瞭解還十分粗淺,在進行此類手術時,往往只在顱骨上開一小口,將手術器械插入人腦,在完全無法看到顱內結構的情況下,上下左右揮動,以期借此破壞精神病的病灶。手術後,有人確實不再犯病,有人毫無起色,而有人竟因此陷入植物人狀態。可是因為手術的盲目性和隨之帶來的不確定性,從這些天差地別難以預料的後果中,科學家們很難得出什麼清楚的結論。
斯科維爾醫生對這種切除術設計了一套較為嚴格的操作程序,仔細記載每次手術切除的大腦部位——他相信,在大腦中對一個叫做「內側顳葉」的區域進行選擇性切除,療效最好。這無疑是一項危險的手術,但處於絕望中的亨利與父母都同意孤注一擲。於是,一九五三年的秋天,斯科維爾醫生在亨利大腦左右兩邊的內側顳葉部位,分別摘除了長為八釐米的腦組織。
手術後的亨利,癲癇大為好轉,可是他的世界,突然之間起了幡然巨變。
兩年後,加拿大著名醫生懷爾德•彭菲爾德(Wilder Penfield)在美國神經病學學會年會上報導了兩例經歷顳葉切除手術之後患上嚴重失憶症的病人。會後斯科維爾醫生打來電話,告訴彭菲爾德,自己手頭也有這麼一個年輕病人,在部分切除雙側顳葉後,他永遠不記得自己吃過飯沒有,他會在短暫的對話中多次重複同一個笑話,他翻來覆去地讀同一本雜誌,他再也無法結交新朋友——因為每次見面,都是初相識。
那時,女科學家布倫達•米爾納(Brenda Milner)博士正在彭菲爾德醫生的指導下,研究他那兩個失憶症病人。於是,斯科維爾醫生隨後邀請布倫達前往哈特福德,探訪這個特別的病人亨利。



每當我們回溯H.M.的研究史,常常驚異於他的周圍竟雲集著如此之多的優秀科學家。他們師徒相繼,薪火代傳,不斷地從這個與眾不同的被試身上挖掘出有關人類智慧的寶藏。而在這些科學家中格外重要的一位,便是這位布倫達。她後來成為英國皇家科學院、美國科學院、加拿大科學院三院院士,身負多項榮譽,曾被諾貝爾獎獲得者,神經界大拿埃裡克•坎德爾(Eric Kandel)譽為溝通神經學與心理學、開創認知神經科學的關鍵人物。她的傳奇,正是從H.M.徐徐展開。
一九一八年,布倫達出生於英倫腹地的曼徹斯特,父親是一位音樂評論家,而母親則是一位歌手。可是從小布倫達就對音樂興趣缺缺,卻在高中時迷上了數學。當需要在自然科學或者人文學科中挑一個作為自己職業道路時,她選擇了前者,因為「我當時認為——我現在也這麼認為——要獲得文學的知識,或者學會欣賞一門外語,自學就行了;但如果你放棄了科學,那你就永遠放棄了它。」
抱著這樣的想法,布倫達進入了劍橋。可是她很快發現自己在數學上不會有所建樹,便將目光投向了心理學。這一決定遭到了母親的反對,因為心理學在當時,對於學術界之外的人群還是一個異常陌生的詞語。可是布倫達認準了這條路,一九三九年,從心理學系畢業,師從著名的的神經心理學家奧利弗•贊格威爾(Oliver Zangwill)。正是在贊格威爾這裡,她學到了研究大腦損傷的重要性,因為「通過分析紊亂大腦的功能,我們將能得到關於正常大腦功能的重要信息。」
本科畢業後布倫達繼續攻讀碩士,但由於二戰爆發,她所在的小組的研究也很快轉為替戰爭服務,致力於開發能力性格測試,供軍方選擇性僱用戰鬥機和轟炸機飛行員。一九四四年,她結婚、隨研究原子能的丈夫來到加拿大。五年後,她說服麥吉爾大學心理學習的主任,大名鼎鼎的唐納德•赫布(Donald Hebb)招收自己為博士生。不久後赫布將她推薦給彭菲爾德醫生。在彭菲爾德的手術室裡,她見到了清醒的癲癇患者的大腦接受電流刺激作出的反應,立刻意識到「這就是我想要探索的世界,不論它實踐起來有多麼艱難。」
一九五五年,三十六歲的布倫達,短髮、圓臉、精力充沛、雄心勃勃。她啟程去美國拜訪斯科維爾醫生的病人亨利,將拉開隨之而來長達半個多世紀的對H.M.研究的序幕。
五十四年後,加州大學聖迭戈分校的拉里•斯奎爾(Larry Squire)教授在《神經元》(Neuron)雜誌一篇關於亨利的特邀稿的末尾寫道:「H.M.之所以能在神經科學研究史上佔有如此重要的一席之地,其中一個重要的原因便是,當年研究他的那個年輕科學家,正是布倫達•米爾納。她既是一個傑出的實驗科學者,又對基礎概念有著極強的洞察力,所以她能從實驗數據中就記憶的組織與結構提煉出深刻的結論。」


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