假如记忆可以移植 | 今日有书
赫布定律
在 20 世纪初，两条看似毫不相关的线索彼此独立地浮现，把人类引向了探究学习问题的正确道路。
第一条线索来自寒冷的俄罗斯，来自冰天雪地的圣彼得堡，一位留着俄罗斯传统大胡子的中年男人，伊万 · 巴甫洛夫（Ivan Pavlov）。
他设计了一整套精巧的实验（见图 7-4），并最终证明了动物也存在可靠的学习能力，而且更重要的是，这种能力的确能够被精密地记录和研究。他发现，如果单纯对着小狗摇铃铛，狗是不会分泌唾液的。但是如果每次端狗粮来的时候都摇铃铛，或者在要喂狗粮前先摇铃作为提醒，那么只需要几次练习，小狗就能学到铃铛声和美味饭菜之间的联系。证据就是，仅仅摇几下铃铛，小狗的口水就会四处横流！
图 7-4 巴甫洛夫实验
第二条线索在最合适的时间浮现了出来。差不多在巴甫洛夫在冰天雪地里折腾小狗的同时，在四季如春的西班牙，一位和巴甫洛夫年龄相仿、性格也类似的科学家——圣地亚哥 · 拉蒙 · 卡哈尔——已经第一时间提示了答案。
卡哈尓的研究看起来和巴甫洛夫的风马牛不相及。通过观察和绘制成百上千的显微图片，卡哈尔意识到，动物和人类的大脑一样，层层叠叠堆砌着数以百亿计的细小神经细胞。见图 7-5）
图 7-5 卡哈尔绘制的人脑海马体区域的神经细胞图（字母标识了一个个神经细胞，特别要注意它们长长的树杈和触手）
在卡哈尔看来，这些长相怪异的神经细胞正是靠这些突起彼此联系在一起的，形成了一张异常复杂的三维信号网络。在人脑千亿数量级的神经细胞中，任何一个神经细胞产生的电信号，都可能被上万个与之相连的神经细胞识别；反过来，任何一个神经细胞的活动，也可能受到上万个与之相连的神经细胞的影响。你可以想象这样的情景：挥动魔杖随意点亮人脑中一个神经细胞，在它的闪烁中，电信号荡起的微弱涟漪将迅速传遍整个大脑，此起彼伏的星光如烟花绽放般闪耀。而这可能就是人类智慧的物质本源。
在几十年后，加拿大心理学家、麦吉尔大学教授唐纳德 · 赫布（Donald Olding Hebb）在他的巨著《行为的组织》中天才般地发现了两者之间的神秘联系。赫布指出，巴甫洛夫在动物身上观察到的学习行为，完全可以用卡哈尔发现的微观神经网络加以解释（见图 7-6）。巴甫洛夫的小狗所学习的，是在两种原本毫不相关的事物（铃声和食物）之间建立联系。在反复练习之后，它们最终会掌握并记住铃声会带来食物。那我们完全可以想象，这种联系其实就存在于两个神经细胞之间。
比如，假设小狗的大脑里原本有两个并无联系的细胞——我们姑且叫它们“铃声”细胞和“口水”细胞吧。当铃声响起，“铃声”细胞就能感觉到并被激发；当食物出现，“口水”细胞就会开始活动，并且让唾液开始分泌。但是前者并不会引起后者的活动。
图 7-6 用赫布定律解释巴甫洛夫的实验结果
在巴甫洛夫的实验中，小狗每次都会在听到铃声的同时吃到食物。别忘了，食物的存在是可以直接激活“口水”细胞的。也就是说，“铃声”细胞和“口水”细胞这两个原本无关的细胞被强行安排在同时开始活动。在赫布看来，正是因为这种强行安排的同步活动，让两者之间的物理连接从无到有，从弱到强。这个过程其实就是学习。
就这样，赫布的思想把巴甫洛夫和卡哈尔的研究联系在了一起。
聪明老鼠
20 世纪 80 年代前后，人们发现有一个总是站在神经细胞膜上的蛋白质，它有一个非常难记的名字叫N-甲基-D-天冬氨酸受体或者 NMDA 受体，我们干脆就叫它“裁判”蛋白好了。“裁判”蛋白有一个令人着迷的属性：当它苏醒的时候，能够启动一系列生物化学变化，最终让突触变大变强，让两个神经细胞之间的连接更紧密；而它的唤醒却很困难，需要突触前后的两个神经细胞差不多同时开始活动，轮番呼唤，“裁判”蛋白才会开始工作。它的开工时间表完美契合了人们对裁判这个角色的期望。
那么是不是有可能，如果让这个“裁判”蛋白更多一点，眼神更犀利一点，掐秒表的动作更快一点，人类学习的本事就会更强一点呢？在 20 世纪 90 年代，还真的有人这么做了。普林斯顿大学的华人科学家钱卓利用基因工程学的技术，让小老鼠的大脑（或者更准确地说，是一个名为“海马体”的大脑区域，见图 7-9）无法生产“裁判”蛋白。结果，这样的小老鼠就失去了学习能力，由此我们知道，“裁判”蛋白对于学习确实不可或缺。
图 7-9 人类大脑中的海马体。在 20 世纪中期之后，人们逐渐意识到海马体是产生学习和记忆的核心
更精彩的其实还在后面。利用同样的手段，钱卓还在小鼠的海马体中生产了超量的“裁判”蛋白。这些小鼠初看起来和它们的正常同伴毫无区别，但是如果把它们扔进浑浊的水池中，它们会比同伴更快地意识到水池的中央有一个足以歇脚喘气的“暗礁”，也能更快地记住这个暗礁的具体方位。如果把它们扔进一间昏暗的小房间，刺耳的铃声伴随着从脚底传来的电击刺痛，这些小老鼠也会更快地意识到铃声和刺痛之间的关联，每次听到铃声都会吓得一动不动。
“聪明老鼠”——这是从来不嫌事大的媒体给这些老鼠起的名字。这种登上过无数报纸和杂志封面的小家伙，生动无比地证明了“裁判”蛋白在学习过程中的意义。从巴甫洛夫和卡哈尔开始的对学习本质探究的两条道路，到这里终于汇聚在一起。在神经细胞之间 20 纳米的微小空间里制造一种蛋白质，就可以操控整个动物的学习能力！
假如记忆可以移植
事情还没完。
1999 年，中国的高考语文科目中，出现了《假如记忆可以移植》的作文题目。在以刻画生活经历、人生感悟、时事政治为主流的语文作文界，这个题目掀起了一场不小的波澜。它甚至还救活了一家质量很高却总是发愁销量的科幻杂志——《科幻世界》 。后来，在引起轰动的系列电影《黑客帝国》的设定中，人类从出生到死亡的所有生活经验、回忆和喜怒哀乐，都是计算机强行植入的。
今天看来，这个也许是临时拍脑袋想出来的“冷门题”，其实具有长久的话题性。人类社会制造的信息在呈指数增长，如今的每一天，人类世界生产出的数据都超过了古代社会上千年的总和。信息的生产、存储和流动固然已经是让人挠头的技术问题，但是更要命的问题其实是，人类大脑该怎么适应这个数据爆炸的时代？要知道，我们大脑的容量和形态在过去几十万年里都没有发生过显著变化。按照这个逻辑，信息生产和人脑功能之间的距离只会越来越大，想出办法来人工植入记忆，可能是一劳永逸的解决方案。
更关键的是，这个想法还真的不见得就只能停留在科幻小说和科幻电影的范畴里。
我们再次回忆一下赫布定律和聪明老鼠的研究。赫布定律其实是在告诉我们，学习过程的本质就是两个相连的神经细胞差不多同时开始活动，因此它们之间的连接会变得更加紧密，从而让我们在两个本来无关的事物之间建立了联系。换句话说，如果我们能够强制性地让两个神经细胞同时开始活动，我们就能无中生有地模拟学习过程。不需要真实的铃声，也不需要真实的狗粮，只需要我们想出一个办法，让“铃声”细胞和“狗粮”细胞同时活动，小狗就能够学会对着铃声咽口水。可是怎么做到这一点呢？聪明老鼠的研究给了我们一些提示。为了创造聪明老鼠，钱卓需要某种技术把特定的蛋白质（在他的例子里，是“裁判”蛋白）输送到小鼠脑袋的某个特定区域里。这种技术的细节就不再展开了，但是我们可以充分展开想象，如果我们能在“铃声”细胞和“狗粮”细胞里放进去一个蛋白质，这个蛋白质能够让这两个细胞同时被激发，那我们岂不是可以创造出无中生有的记忆来，让懵懂无知的小狗对着铃声狂流口水？
有这样的蛋白质吗？
有。它来自海洋。
在 21 世纪之初，人们逐渐开始理解海洋中的海藻是怎么找到太阳的。简单来说，当阳光照射在海藻细胞上之后，光子带来的能量会打开细胞膜上的微小孔道，从而让海藻细胞活起来，摆动自己的微小鞭毛，调整自己的姿态，让阳光更舒服地照射在自己身上。
这个看起来简单的生命活动提供了一个脑洞很大的可能性。想想看，把海藻的微小孔道放在神经细胞里会发生什么——利用光，我们就可以直接操纵神经细胞的活动。这个设想在 2005 年变成了现实。在幽幽蓝光的照射下，科学家可以让神经细胞像机关枪一样不停地发射，可以让小虫子扭动身体，可以让果蝇以为自己闻到了难闻的气味。
而接下来，自然会有人去尝试在大脑中创造记忆。
麻省理工学院的利根川进（Susumu Tonegawa）首先做了这方面的尝试。他们提出了一个这样的问题：“有没有可能，在动物大脑中植入虚假的场景？”这个问题有着毋庸置疑的现实基础。毕竟，从文字图画到喜剧电影，从 iMax 到 VR，人类文艺作品的一大追求就是“现场感”，能让人如同身临其境，进入一个从未亲历的场景中。对大脑直接动手肯定是最方便、最有现场感的办法。
他们的做法分为两步：首先，让小老鼠亲自进入某个场景（比如一个方形、墙壁画着图案的笼子），这个时候如果在小老鼠的海马体进行记录，科学家可以知道小鼠是如何感受和体验这个场景的。比如，在 100 个神经细胞里可能会有 10 个开始活动，另外 90 个保持沉默，这 10 个活动细胞的空间位置分布本身就编码了这个特定场景的空间信息。每次进入同样的场景，小鼠大脑都会出现非常类似的反应。
总结出规律之后，紧接着开始第二步。利根川进他们就可以套用聪明老鼠的套路，把蛋白质输送到所有代表方形图案屋的神经细胞里去了，只不过这次输送的不是让老鼠聪明的“裁判”蛋白，而是让细胞感光的微小孔道。这样一来，只需要对着小鼠的大脑打开蓝光灯，小鼠的脑海里就会出现虚假的回忆，哪怕它此刻其实身处圆形的泡泡屋，它也会以为自己身处方形图案屋（见图 7-10）！
沿着这个思路，我们可以展开充分的想象。除了植入简单的场景，我们能不能植入一段完整的记忆？除了植入记忆，我们能不能擦除一段希望忘记的记忆？除了利用自身的经历，能不能实现记忆的传播——把一个人的记忆读取出来，然后植入另一个人的脑海？到最后，我们能不能直接在计算机里先生成一段完全虚假的记忆——比如在冥王星上面朝大海——然后植入人脑？
图 7-10 用光在动物脑中产生虚假记忆
其实说到这里，我们还是必须承认，关于学习和记忆，我们还有太多的东西并不知道。
特别是对于人类而言，学习决不仅仅是具体生活经验的记忆和应用。三人行必有我师，我们能够通过观察他人的行为来学习，不需要重新犯一次别人犯过的错误。从文字到方程，从哲学思想到艺术理论，我们可以跳出生活经验，学习理解抽象的模式。对于这些学习过程，我们的理解仍然非常浅陋。
但是，我想我们仍然可以说，在这个多变的世界里，学习和记忆对于智慧生命的生存和壮大至关重要。没有学习，每一次太阳升起，对于生物来说都是全新和陌生的一天；有了记忆，对于一个生物个体、一套遗传物质而言，只要给它足够的时间，它就可以观察、积累和适应。而对于一个生物群体来说，学习还能帮助它们把经验和感受一代代传递下去。在今天的世界上，人体的生物学演化速度根本无法赶上技术和信息积累的速度，但是我们至今仍然没有掉队。学习和记忆，就是我们最有力的武器。
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