一、大脑记忆密码

大脑记忆密码发现

大脑记忆密码”终于被解开,今天上午,在此项研究的所在地--华东师范大学脑功能基因组学重点实验室,研究的主持者之一林龙年博士为记者详细介绍了破译“密码”的全过程。

观察脑活动有了直观“平台”

林龙年博士说,人类大脑是一个由约140亿个神经元组成的繁复的神经网络。但过去我们只能间接地通过对人的行为的测试来观测脑记忆的形成,即使像我们大家熟知的脑电图、核磁共振等检测仪器,也只能观察到大脑活动的一个“笼统”情况。

如今他们的这项发现,就如同为人们观察大脑活动搭建了一个直观的“平台”,即通过检测大脑编码单元的活动状态直接解读大脑在学习过程中记忆的形成。

96根微电极插入小鼠“海马”

林龙年问记者,你知道“海马”吗?这是一个与记忆密切相关的大脑结构,因其形似海马而得名;它负责将人们新的经历转化为长期的记忆。海马受损的病人会日复一日津津有味地阅读同一张报纸,还总觉得自己是在看新闻(这一研究的另一位主持者钱卓,于1999年率研究小组,正是通过调节小鼠的海马和前脑中的NR2B基因,在普林斯顿大学制造了著名的“聪明鼠”,揭示了学习与记忆过程中的重要分子机制)。

那么,记忆在神经网络的层次上又是如何编码的呢?换句话说,记忆在大脑中的物理形式是怎样的呢?为了获得这个对揭示大脑工作原理至关重要的答案,林龙年与钱卓一起,花了整整两年,运用最新的高密度多通道在体记录技术,以小鼠为对象进行了一系列的研究。

小鼠海马脑区只有半粒米大小,为了尽可能多地观测到单个神经元的活动情况,研究小组研制了世界上最轻巧的精细微电极推进器,把96根比头发还细得多的微电极插入小鼠的海马区域,成功地记录到了多达几百个神经元的活动情况??传统的方法在小鼠上只能记录到几个至二十几个神经元。

“这一步非常重要,”林龙年博士介绍说,“假如只能观察到几个神经元,就谈不上对神经元群体的编码进行分析了。”

接下来,研究人员设计了几种新颖的行为模式来研究小鼠的神经编码,一种是在特定环境中给小鼠背部突然吹上一阵冷风,就像武侠小说中描写的在月黑风高之夜,一阵突如其来的嗖嗖阴风会使人顿感毛骨悚然一样,小鼠对这样的刺激会感到惊恐。

另一种有趣的模式是,把小鼠放在特制的小电梯中做自由落体下降,如同人们在乘坐的电梯突然失控坠落的过程中所获得的记忆会刻骨铭心一样,小鼠对这种极其刺激的经验也会印象深刻。“由于这些经历能够产生令人难忘的记忆,我们猜想大脑中会有许多神经元参与这些记忆的编码,因此我们希望通过巧妙的实验设计与新记录技术的结合,来探索和破译大脑编码的奥秘。”

其后的实验观察发现,小鼠的海马区对这种惊吓刺激果然有着各种各样的放电反应,根据它们的反应特征,研究人员发现这些神经元组成了记忆编码的神经网络单元。

更有意义的是,这些编码单元通过它们的激活状态可以把任何一种惊吓经历转化成一串二进制数字,这种数字化的编码形式使得科学家们能够对不同的个体乃至不同种群动物的大脑编码活动进行直接的比较和分析。在观察到了这一有趣的编码方式后,钱卓教授曾感慨地说:“大脑记忆系统这种精美的操作设计真令人叹服!”

人类的记忆到底在哪里?它在大脑的哪个层面存在?它是如何获得、巩固并被回忆的?昨天,41岁的林龙年博士站在华东师大上海脑功能基因组学研究所里宣布,他和美国波士顿大学的钱卓教授在世界上首次发现了大脑记忆的编码单元,这被认为是为解读人类大脑密码提供了可能性。

记忆在哪产生?

“我们在大脑神经元网络层面发现了记忆活动。”在进行了2年半的实验研究后林龙年说,这个神经元网络层面的首个记忆研究成果,可能会对将来人类发现大脑秘密提供一把钥匙。

大脑中的神经元网络活动直接决定人类行为。目前世界上对人脑的研究在底层的基因分子层面和突触(神经元连接点)、神经元网络以及行为层面同步展开。

可适用于人类读人类思维理论可行

虽然目前林龙年的实验对象只是小鼠,但是,这为人类最终破解大脑的记忆密码提供了一把钥匙。因为人脑和鼠脑乃至世界上大多数哺乳动物大脑的“海马”所用编码方式都是一样的,因此,科学家们推测,人的大脑很可能利用同样的原理来完成记忆之外的其它高级认知功能。

这是否意味着,以后在人的脑袋上也戴一个同样的机器“帽子”,然后我们就可以坐在电脑前“看”他在想些什么?林龙年表示这从理论上来说是可能的,但从技术操作上难度太大。

首先,人类大脑有140亿个神经元,目前最先进的仪器也只能读到小鼠的260个神经元,所以要研发出一种能够监控140亿个神经元的“帽子”难度非常大。其次,这个“帽子”要戴到脑子里面去,给人的大脑插上电极还有伦理和实际操作方面的困难。

人脑记忆破解可研制独立思考机器人

一旦人类大脑的记忆原理完全被破解,就可以据此研制出具有人类思维方式的机器人,他们能够独立思考,懂得联想,甚至有情有义。这种前景让人又喜又忧,可能是美丽的画卷,也可能给人类带来灭顶之灾。当然,这种构想还非常遥远,但却再次证明了科学是把双刃剑。

“咔嗒、咔嗒———”这不是小闹钟的秒针走过的声音,而是一只灰色的小老鼠“思考”的声音。记者昨天在林龙年副教授的实验室中,通过仪器听到了小鼠大脑神经元的活动声,努力听懂这种声音,就是科学家们正在从事的研究项目。

小鼠头上插着一个特制的精细微电极推进器,这是监控它大脑活动的“探头”。为了帮小鼠“减负”,科学家在这个推进器上方系了一个老虎形状的大气球,免得压得小鼠抬不起头来。

这只小鼠正在自己的“窝”里玩玩具———几个木制的汽车、娃娃。从显示器上看,它的大脑神经元活动很平静,“咔嗒咔嗒”的神经元活动声也很均匀。这时,林龙年伸手过去,它机警地躲开,而显示屏上显示的神经元活动立即密集起来,很多原来未激活的神经元都活跃起来,“咔嗒”声的节奏也有所变化。看来,小鼠对于敌人“入侵”产生了一些“想法”。

林龙年坦言,目前他们也没有完全读懂小鼠的心思,只有几种特定的惊吓情况能够读懂,而一些平和的情绪还有待研究。

二、如何开发大脑皮层潜力?

编者按:中国中医研究院教授、博士生导师、著名脑病专家程昭寰,在确立中医脑科学理论的基础上,加强了对常见脑病的临床研究,同时,他积极组织推广和普及健脑知识,主编了《脑健康》一书,强调“要长寿、先养脑、养脑健康度百岁”的理念,提倡让沉睡的右脑觉醒,让潜能的大脑开发,让智慧的大脑健康。本报记者日前对程昭寰教授进行了专访。

甜言蜜语对着左耳朵说

“说情话是有讲究的,不但要注意措辞,还要注意位置——要站在对方的左边说。因为科学家研究的结果表明,人更能记住从左边听到的甜言蜜语。因为人的左耳由右脑控制,右脑掌握人的情感。”中国中医研究院教授、博士生导师、著名脑病专家程昭寰侃起深奥的脑健康来,风趣幽默。

程昭寰说,从人的生物节律在用脑的最佳时间上讲,人的大脑大体可分为“百灵鸟型”、“猫头鹰型”和“混合型”三类。“百灵鸟型”的特点是每到清晨时分便精神焕发、思维活跃、用脑效率最高;“猫头鹰型”的特点是每到夜时就进入大脑皮层建立条件反射的最佳兴奋状态——中度兴奋状态,反应快、才思敏捷,思维能力和判断能力发挥得淋漓尽致。“混合型”的人全天用脑的效率差不多,只是在清晨和傍晚时稍高一点,但很少出现超长发挥的状态。

不管哪一种类型,都面临着一个共同的问题——开发右脑,双脑双赢。

美国科学家研究的结果表明:大脑的左右半球是以不同的方式进行思维的,左脑倾向于用语言抽象进行思维,右脑倾向于以感觉形象进行直接思维,只有左右结合起来,才能产生创造性思维。

由于我国教育的特点是“读-写-算”的三点式,强调的是左半脑的作用,死记硬背的工夫比较深,但是形象思维方面普遍比较差,右脑的开发还大有潜力可挖。就拿记忆来说吧,死记硬背肯定不是最好的记忆方法。而科学家对右脑的研究表明,形象思维接受信息刺激的量是语言的1000倍,1个月熟记1000个英语单词,或者5分钟记住100个单词,这些都不算什么奇迹,只要你能够熟练运用形象思维,能科学地开发右脑。据说,德国一个叫塞勒的人能够把24卷大百科全书倒背如流,他说,他的办法就是把抽象的信息转化成固定的图像,并且按照需要进行归类、分组。

程昭寰说,实践证明,中医在脑健康领域能够大有作为,特别是在右脑的开发方面,中医养生强调的静坐、冥想、淡泊名利、心情愉快等都直接对右脑的开发产生良性作用。

养脑长寿十字法

程昭寰在中医传统养生的基础上总结出养脑长寿十字法:一贯知足,知足常乐。

不盲目与别人比较,量体裁衣地安排自己的生活,不求花天酒地,只求平淡人生。

二目远眺,远眺明目。无论何时,不可只看到眼前利益,不可患得患失,要登高望远。

三餐有节,食不过饱。早吃好,午吃饱,晚吃少。

四季不懒,勤于锻炼。根据季节的变换,选择不同的时间和项目进行适度的体育锻炼,贵在坚持。

五谷皆食,营养均衡。不可偏食,才能摄入人体所需的多种营养。

六欲不张,清心寡欲。欲节则养精气,纵欲伤身,后患无穷。

七分忍让,豁达大度。遇事达观,得让人处且让人。

八方交往,广结朋友。

九(酒)薄烟戒,神清气爽。饮酒不可过量,且根据各自身体条件限酒,不得贪杯豪饮;力求戒烟,以免危害身体。

十分坦**,以诚待人。为人襟怀坦白,宽以待人,不做亏心事,保持心平气和的好心境,心平天地宽。

程昭寰说,健康应该首先是脑健康。脑健康是指脑的生理结构正常,脑的物质运动正常及脑的思维等功能活动正常。现代社会的人们往往把健康等同于必要的运动加各种营养品和药物。其实,上班族中处于亚健康状态的人比例很高,65岁以上的老年人(除疾病外)亚健康的比例更高,亚健康首先是脑的亚健康,它最主要的表现是脑疲劳。是过度用脑、掠夺性用脑(如几天几夜不休息)引起大脑内营养物质和运作中产生的杂质与毒素在血管内积淀,造成血流受阻、大脑缺氧、脑细胞失去活力而形成“血脑屏障”。

对照15种现象查出脑疲劳

程昭寰说,脑疲劳会带来全身性的疲劳,如果你疲劳又不能及时治疗的话,很可能积劳成疾。那么,如何检测自己是否疲劳呢?请大家对照下面的15种现象,看自己存在多少:

1.早晨醒来懒得起床。

2.走路抬不起腿。

3.不想参加社交活动,尤其不愿见陌生人。

4.懒得讲话,说话声音细而短,自觉有气无力。

5.坐下后不愿起来,时常呆想发愣。

6.说话、写文章时常出错。

7.记忆力下降,想不起朋友的叮嘱或者忘掉几小时前的事情。

8.提不起精神来,过分地想用茶或者咖啡提神。

9.口苦、无味、食欲差,感到饭菜没有滋味,厌油腻,总想在饭菜中加些刺激性调料。

10.吸烟、饮酒的嗜好有增无减。

11.耳鸣、头昏、目

三、怎样开发大脑右半球?

近年来有人观察发现左撇子比一般右撇子聪明,在百人中左撇子约占2%,左撇子中的70%在幼年期左手优势就已定型,但多数在父母和老师的管教下学会了用右手写字和拿筷子。根据“用进废退“的法则,左撇子能够锻炼左、右手和左、右大脑两半球。这就是大多数左撇子聪明的原因所在。

科学发现,形象思维主要由大脑右半球负责,发明创造与右半球的功能密切相关。

而许多事实证明:左撇子能够锻炼左右脑,右撇子也完全可以锻炼右左脑。在此,为绝大多数右撇子提供一些开发”右脑”的措施:

体育活动法

如每天跳上半个小时的迪斯科健身舞、打乒乓球、羽毛球等;在做操或打拳时有意识地让左手、左腿多重复几个动作,以刺激右脑。右脑在运动中随之而来的鲜明形象和细胞激发比静止时来得快,由于右脑的活动,左半球的活动受到某种抑制,人的思想或多或少地摆脱了现成的逻辑思维方法,灵感经常会脱颖而出。

刺激指尖法

开发右脑,国外学者主张从儿童做起,如前苏联著名教育家苏霍姆林斯基说:“儿童的智力发展表现在手指尖上。”他将双手比喻为大脑的“老师”。人体的每一块肌肉在大脑层中都有着相应的“代表区”——神经中枢,其中手指运动中枢在大脑皮层中所占的区域最广泛。现在许多父母让孩子练习弹琴,实际上就是很好的指尖活动。随着双手的准确运动就会把大脑皮层中相应神经细胞的活力激发起来,尤其是左右手并弹的钢琴、电子琴。

环、球锻炼法

手部有许多穴位,这些经络将手指与脑神经、五脏六腑联系起来。通过五指捏掐(每捏扁一次约11—12千克握力),刺激手掌各穴位,使气血津液保持畅通。经常捏握可使脑部供血系统通畅,从而达到健脑益智、消除脑力疲劳、增强思维能力的效果。常拿健身环球或一对核桃在手中转也有良好的效果。

左右开攻好

一个人一生中至少有90%左右的脑细胞是“英雄不得志”,其中最多的是右脑的细胞。因此,应让孩子“左右开攻”。对右撇子而言,多让左手干活,如练习用左手写字、拿筷子、用剪刀、做针线活、刷牙、梳头、下棋、打牌等。但不必强迫改为“左撇子”,因这样易打乱孩子思路,造成精神紧张,结果会造成“口吃”的毛病。

借助外语开发右脑

美国神经外科近年发现:儿童学会两三种语言跟学会一种语言一样容易,因为当孩子只学一种语言时,仅需大脑左半球,如果培养同时学习几种语言,就会“启用”大脑右半球。

借助音乐的力量

心理学家发现:音乐可以开发右脑。所以父母应该让孩子学习音乐。此外,还可以在孩子从事其他活动时,创造一个背景音乐。音乐由右脑感知,左脑并不因此受到影响,仍可独立工作,使孩子在不知不觉中得到了右脑锻炼。