科学家操控与抹除记忆

药物和其他疗法可能很快能够选择性地改变甚至删除回忆

乔尔·库图跪在他于蒙特利尔经营的宠物用品店冰冷的水泥地面上,手腕被电话线反绑在身后。他能感觉到冰冷枪管抵住后颈。“你在撒谎!”持枪歹徒尖叫道。“我要轰掉你的脑袋!”

他和另一名袭击者将库图和一名年轻收银员赶到店后间的房间,并勒令他打开保险柜。当库图告知没有钥匙时,他们勃然大怒。他们撕扯下办公室里所有传真机和电话的线路,并推倒了办公桌抽屉里的物品。现在,他们准备处决他。“动手解决他,”他听到其中一人对另一人说。“轰掉他的脑袋。”

库图仅来得及转向同事,请她转告女友他爱她,随后持枪歹徒便用枪托猛击他,将他击倒在地。库图面朝下趴着,注视着鲜血在他身下汇聚,等待着最后一击。就在这时,店面的前门突然猛烈关上。袭击者已空手逃离。


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然而,库图的苦难才刚刚开始。多年来,他饱受暴力梦魇折磨,仅仅是觉察到周围一丝一毫的侵犯性举动,便会引发惊恐发作,还患有重度抑郁症——这些都是创伤后应激障碍(PTSD)的迹象。他的女友搬离住处。他开始疏远朋友,并辞去了工作。

随后,在 2009 年的某一天,他于当地报纸上看到一则广告,招募志愿者参与一项由麦吉尔大学精神病学家阿兰·布鲁内特主导的实验性疗法试验。布鲁内特提出一项大胆的设想:他希望抹除库图的部分记忆。

数十年来,科学家们一直坚信,长期记忆是不可磨灭的——最初几个小时内处于不稳定状态,随后便牢固地铭刻于大脑之中。而如今的研究表明,回忆记忆会使其暂时性地退回到一种不安全状态,在此期间,记忆可以被添加、修改,甚至抹除。“记忆远比我们过去所以为的更具活力、更流动,也更富可塑性,”西奈山医学院的神经科学家丹妮拉·席勒说道。

大约十年前,这一观念浮出水面,由此开启了一个备受争议的全新研究领域,探索借助药物或靶向疗法来删除,或至少是减弱人类记忆片段的可能性。部分专家发现,一种常用于治疗高血压的药物,似乎具有消除记忆的作用;另一些专家则正在测试各种新颖的生化手段或行为干预措施,以干扰那些不想要的记忆。[欲了解更多关于心理遗忘策略的信息,请参阅英格丽德·威克格伦撰写的文章“尝试遗忘”。]

尽管科学家和伦理学家们担忧,此类药物可能会遭到滥用,或产生令人不安的副作用,但这些疗法也可能将个体从萦绕心头的经历中解脱出来——包括诸如库图所经历的创伤性事件——以及挥之不去的情绪,例如痛失挚爱的悲恸,或是因车祸或运动损伤而产生的难以摆脱的忧惧。“试想一下,一位在奥运会上失误的跳高运动员,”麦吉尔大学的神经科学家卡里姆·纳德说道。“他们可能对跳跃产生巨大的焦虑感,这可能会严重影响他们未来的竞技表现。如果我们能成功研发出此类药物,便可以帮助他们,乃至所有受焦虑问题困扰的人。”

脆弱窗口
为了创建或巩固稳定的长期记忆,大脑必须在事件发生后的几个小时内合成特定的蛋白质。这些蛋白质是化学过程级联的一部分,这些过程重塑了脑细胞之间的一些微小连接或突触,以使这些细胞更有效地沟通。构建过程通常包括产生更多突触,这进一步促进了神经元之间的交流。

十年前,大多数记忆研究人员认为这些突触连接极其稳定且难以退化。它们可能会随着时间的推移而消退,但它们无法被改变或删除。然而,纳德在 1999 年作为纽约大学的一名 33 岁的博士后学生时,还很年轻,足以质疑这种教条。在听完诺贝尔奖获得者、哥伦比亚大学神经科学家埃里克·R·坎德尔关于记忆的演讲后,纳德想知道当我们回忆起一个事件时到底会发生什么。在他看来,要做到这一点,你必须把记忆存储中取出。如果你添加新信息或阻止将记忆放回原处所需的化学过程会怎么样?

为了找出答案,纳德和他的同事们创造了一种应该永久且不可变的灼热的情感记忆。他将一只大鼠放在笼子里,并在发出声音的同时通过金属地板进行电击。很快,纳德只需要播放声音,大鼠就会吓得僵住。传统认为,这两个刺激已被永久连接。

十四天后,研究人员播放了声音,同时向大鼠的杏仁核(大脑中的情感中心,在建立情感丰富的记忆方面发挥着重要作用)注射了一种阻止蛋白质合成的药物。纳德的目的是看看这种药物是否会干扰记忆返回存储。该策略奏效了。在随后的试验中,动物不再对声音感到恐惧而僵住。它已经忘记了声音的含义,因此从创伤中解放了出来。

该实验为一种称为重巩固的理论提供了强有力的支持,该理论最初在 1960 年代提出,但由于缺乏证据而很大程度上被放弃。它认为,提醒人或动物某事会使该记忆暂时不稳定。在记忆“重巩固”之前的短暂窗口期内,它很容易受到扰动。“我们过去认为我们拥有的记忆是原始事件的图片。现在我们知道它是记忆的最新版本,因为每次我们检索它时,它都会发生一点变化,”席勒说。

关闭警报
纳德的发现对布鲁内特来说是一个启示。这位蒙特利尔的精神病学家已经在尝试寻找方法来预防创伤记忆的初始巩固,以此作为预防 PTSD 的措施。布鲁内特与哈佛大学的罗杰·K·皮特曼一起,从詹姆斯·L·麦高夫及其同事于 1990 年代在加州大学欧文分校进行的一系列开创性实验中汲取了灵感。麦高夫已经证明,一种名为普萘洛尔的药物(一种用于治疗高血压和焦虑症的β受体阻滞剂)也可以削弱新的记忆。

普萘洛尔会干扰一种关键的信号分子,该分子通常会增强记忆形成以响应情绪事件。[有关情绪记忆的更多信息,请参阅 Ingfei Chen 的“对过去的感受”。] 任何时候我们情绪激动,肾上腺都会释放应激激素,从而触发大脑中一种名为去甲肾上腺素的化学物质的释放。这种神经递质与杏仁核中的受体结合,杏仁核反过来会释放大量化学物质,向大脑的其余部分发出信号以编码记忆。普萘洛尔与这些受体结合并阻止它们。麦高夫表明,他可以通过施用普萘洛尔来抑制典型的记忆形成,他认为普萘洛尔会干扰去甲肾上腺素的作用——从而阻止记忆增强信号发出。

皮特曼和布鲁内特立即认识到治疗暴露于创伤的患者的潜力——触发布鲁内特所说的“病理性记忆”。在 2002 年和 2003 年,由皮特曼领导的团队和随后的布鲁内特领导的团队在波士顿和法国里尔的急诊室对创伤受害者施用了普萘洛尔。两个研究小组都证明,与安慰剂相比,施用该药物在降低参与者患上 PTSD 的可能性方面更为有效。

布鲁内特和皮特曼都对该药物的效果感到兴奋。然而,该疗法的局限性是显而易见的。该程序只能在长期记忆巩固之前的短暂窗口期内帮助患者,即在最初事件发生后的几个小时内。根据定义,PTSD 直到至少六个月后才会发作。

纳德的发现带来了新的希望。他们表明,只要将已建立的记忆从存储中取出,就可以再次使其变得不稳定。因此,在 2005 年,纳德、布鲁内特和皮特曼联手测试普萘洛尔是否也能够调整较旧的记忆。研究人员要求 19 名患有慢性 PTSD 的患者回忆他们的创伤。他们给其中一半人服用普萘洛尔,另一半人服用糖丸。一周后,布鲁内特监测了患者在听取他们事件的录音叙述时的生理反应。那些接受了β受体阻滞剂的人仍然保留了事实细节的记忆,但与服用安慰剂的人相比,他们的情绪明显较低。一些理论试图解释普萘洛尔的作用。与最初的创伤一样,回忆起痛苦的记忆会释放应激激素,这很可能与之后重巩固记忆有关。一种可能性是,普萘洛尔也会削弱去甲肾上腺素的作用。或者,该药物可能正在抑制将情绪记忆放回存储所需的蛋白质合成。

无论如何,最初关于普萘洛尔效应的证据于 2008 年发表,促成了库图自愿参加的更大规模研究。每周一次,持续六周,库图服用普萘洛尔并大声朗读了一页纸的武装抢劫描述。这项任务非常令人不安,以至于库图在仅仅一次疗程后就考虑退出。那天晚上,他被噩梦吓坏了。然而,在第五次疗程进行到一半时,发生了一件非凡的事情。“我永远不会忘记,”他说。“我正在读那一页纸,感觉就像我对这个故事没有任何依恋——就像我在读小说或看电影一样。我开始微笑,我太兴奋了。”

布鲁内特在去年八月发表了他的研究结果,其中包括波士顿、法国和蒙特利尔的 66 名患者。平均而言,服用普萘洛尔的 40 名 PTSD 患者的恐惧生理症状(如心跳加速和出汗)减少了 50%,而未服用该药物的 26 名患者的恐惧生理症状减少了 7%。布鲁内特声称,实验结束后,大约四分之三的普萘洛尔患者的病情得到了如此大的改善,以至于他们不再符合 PTSD 的标准。

新知识
然而,普萘洛尔可能无法提供一种万无一失的遗忘方法。纽约大学的神经科学家伊丽莎白·A·菲尔普斯和她的同事花了几年时间试图使用普萘洛尔消除精神健康人群的恐惧记忆。他们发现,该药物只能暂时消除视觉刺激(彩色方块)和电击之间的习得性关联。恐惧随后又回来了,就好像疗法从未应用过一样。

菲尔普斯认为普萘洛尔失败了,因为她的受试者仍然知道彩色方块与电击有关——即使在最初事件的情感记录被消除后,这种有意识的记忆仍然会产生恐惧反应。该药物对创伤受害者起作用的确切原因尚不清楚,但布鲁内特表示,他们的记忆与菲尔普斯研究的关联截然不同。“我们正在处理患有 PTSD 的人,而她的受试者正在处理使用方块和三角形的非常简单的任务,”他说。

在 2010 年发表的一项研究中,菲尔普斯和席勒展示了一种菲尔普斯认为可以消除来自公开知识的潜在干扰的方法。研究人员没有简单地在视觉提醒(方块)后让受试者回家,而是增加了一种旨在修改记忆的有意识和情感方面的体验。

在向志愿者展示方块图片后,席勒和菲尔普斯等待了一段可变的时间,然后进行了“消退训练”,这是一种旨在覆盖可怕关联的行为疗法,使其变得良性。在这种情况下,研究人员让志愿者接触彩色方块的图像,但这次他们没有施加电击,以便这些人再次将图像视为“安全”。这种消退训练的时机是关键。之前的研究认为,最初的提醒(方块)会引发化学过程,从而使电击记忆在记忆重巩固时暂时容易受到修改或消除的影响。一旦这些过程完成,所谓的重巩固窗口就会关闭。

一些志愿者在接受消退训练前 10 分钟看到了方块,这是一个重巩固窗口内的时间点。另一些人在消退训练前六小时看到了方块——安全地在窗口外。第三组人在消退训练之前没有看到方块。

所有三组人在第三个晚上都返回实验室,并在研究人员监测他们的恐惧反应时展示了方块图片。在重巩固窗口期间接受消退训练的人的反应几乎消失了,而未接受消退训练的人的反应又回来了,这证明人类记忆在这个窗口期内是可塑的,并且可以在不使用药物的情况下被减弱。事实上,以这种方式用新信息改变记忆可能特别有效,因为它增加了有意识的知识,而不仅仅是改变本能的恐惧记忆——这种策略可能无法长期奏效。(其他形式的行为疗法,如记忆抑制,也可能在回忆期间(在重巩固窗口内)最有效。)

化学干预
如果你问菲尔普斯和席勒的一位志愿者试验的第一晚发生了什么,他们很可能会告诉你关于电击的事情,即使他们不再将电击与方块联系起来。服用普萘洛尔的创伤受害者也是如此。但是,如果我们能够完全消除这些记忆痕迹呢?

纽约州立大学布鲁克林分校唐斯泰特医学中心的神经科学家托德·C·萨克托正在开发一种化合物,该化合物将做到这一点。1990 年,萨克托和他的同事发现了一种名为蛋白激酶 M-zeta (PKMzeta) 的酶,他们怀疑该酶可能在长期记忆中发挥作用。该酶不仅存在于大脑的适当区域,而且还具有科学家认为非常适合支持此类神经痕迹维持的化学特性。

2006 年,萨克托的团队证实了他的预感。研究人员训练一只大鼠避开房间中受到电击的区域。然后他们等待了一天,并将一种抑制 PKMzeta 的药物注射到海马体中,据推测记忆存储在那里。当他们将大鼠放回房间时,它不记得要避开哪个区域了。阻止 PKMzeta 的作用消除了老鼠对事件的记忆,证明该酶在维持记忆中发挥了作用。今年三月,萨克托和他的同事报告了相同的效果,但使用的是一种削弱 PKMzeta 的突变。他们还做了相反的事情,通过基因操作增强了老鼠的记忆,这种基因操作导致动物产生更多的酶副本。

与此同时,萨克托的团队已经弄清楚了这种酶是如何工作的。它催化一种反应,使关键蛋白质能够运输到突触。这些蛋白质对神经递质谷氨酸做出反应,使神经元能够通过邻近细胞释放谷氨酸来检测其放电。结果是有效的信息传递。

然而,一种关闭 PKMzeta 的药物就像一颗“核弹”,纳德说;它会摧毁所有记忆,而不仅仅是你想要引爆的回忆。然而,萨克托可能已经找到了一种绕过这个问题的方法。他认为,每次记忆被从存储中取出时,大脑都会分解与该记忆相关的 PKMzeta。他假设,为了将记忆放回原处,大脑必须重新创建酶。萨克托开发了一种药物,在未发表的实验中,该药物会在大约两个小时内阻止大鼠体内 PKMzeta 的合成。因此,理论上,一个人可以通过回忆起麻烦的记忆、激活它们,然后服用这种药物来选择性地消除麻烦的记忆,这种药物会阻止大脑重新储存它们。

如果这种药物像萨克托想象的那样有效——目前还存在很大的“如果”——它有望比普萘洛尔更强大。“对于普萘洛尔来说,问题在于试图获得那种非常有效和彻底的消除,”萨克托说。“PKMzeta 不存在这个问题。”

埃默里大学的生物伦理学家保罗·鲁特·沃尔普担心这种针对心灵的强效药物。“记忆是我们之所以为人的关键部分,因此我们必须非常谨慎地改变或消除[记忆],”沃尔普说。“我们将在多大程度上以威胁自我和个性的方式使用这项技术?”他还担心,心怀不轨的人可能会滥用使他人遗忘的药剂——例如,使情报官员能够逍遥法外地进行酷刑,或者使父母能够逍遥法外地虐待儿童。

然而,库图以及像他这样的人所遭受的恐怖可以说是是他身份的关键部分。对于库图来说,他对袭击者的记忆似乎恰恰相反:它摧毁了他的自我意识。事实上,只有校准这种回忆才能使他能够重新组装他曾经是的人——以及他曾经过着的令人愉快的平凡生活。

(延伸阅读)

  • LTP 维持机制对空间信息的存储。E. Pastalkova、P. Serrano、D. Pinkhasova、E. Wallace、A. A. Fenton 和 T. C. Sacktor,载于《科学》,第 313 卷,第 1141–1144 页;2006 年 8 月 25 日。

  • 使用重巩固更新机制预防人类恐惧的复发。Daniela Schiller、Marie-H. Monfils、Candace M. Raio、David C. Johnson、Joseph E. LeDoux 和 Elizabeth A. Phelps,载于《自然》,第 463 卷,第 49–53 页;2010 年 1 月 7 日。

  • 重巩固是否发生在人类身上?Daniela Schiller 和 Elizabeth A. Phelps,载于《行为神经科学前沿》,第 5 卷,第 24 条。在线发布于 2011 年 5 月 17 日。

  • 在普萘洛尔的影响下重新激活创伤可减少创伤后应激症状和障碍:3 项开放标签试验。Alain Brunet、Joaquin Poundja、Jacques Tremblay、Éric Bui、Émilie Thomas、Scott P. Orr、Abdelmadjid Azzoug、Philippe Birmes 和 Roger K. Pitman,载于《临床精神药理学杂志》,第 31 卷,第 4 期,第 547–550 页;2011 年 8 月。

亚当·皮奥雷是一位自由记者。他为《大众科学》撰写的上一篇文章探讨了将进化论带回课堂的运动。

更多作者:亚当·皮奥雷
SA Mind Vol 22 Issue 6本文最初以“完全回忆”为标题发表于 SA Mind 第 22 卷第 6 期(),第 40 页
doi:10.1038/scientificamericanmind0112-40
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