认知神经科学的标志性发现之一是，大脑深处一个名为海马体的结构与创造记忆密切相关。一位特殊的病人亨利·莫莱森戏剧性地说明了这一事实，他经历了严重的癫痫发作。1953年，当莫莱森27岁时，医生切除了他大脑两侧的海马体和附近区域。手术控制了他的癫痫，但也付出了代价——从那时起，他无法记住发生在他身上的事情。他可以学习技能，例如镜像书写，但会对自己的专长感到困惑，因为他不记得自己是如何掌握的。
H.M.（他在世时为了保护隐私而为人所知）教会了科学家三个道理。首先，某些大脑结构——海马体和杏仁核，大脑的情感中心——专门负责记忆。其次，记忆有不同的种类——回忆事实、个人经历或骑自行车等身体技能的能力——每种都有其自身的特性。第三，记忆与大脑的智力和感知能力不同。
五十年后，这些结论通过对小鼠、大鼠和猴子的实验室研究以及进一步的临床观察得到了加强。短暂性全面遗忘症就是一个例子，这是一种罕见但神秘的记忆丧失，有时由压力事件引发。患者突然无法回忆起事实或经历——任何没有被深刻编码的东西，例如他的名字。他也变得无法形成新的记忆。运动或感觉功能、判断力、智力或意识都没有受损。顾名思义，短暂性全面遗忘症是暂时的，在24小时内消失，几乎没有长期影响。但在发作后一两天内，高分辨率成像显示海马体特定部位的微小损伤区域。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们今天世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
在确定了海马体的关键作用之后，下一个问题是：是什么让事物令人难忘？在一个人一天中遇到的无数事物中，为什么有些事物被永久地铭刻下来，而另一些则像肥皂泡一样消失了呢？科学家们知道，许多因素在决定人们记住什么方面发挥作用，其中包括这个人付出了多少注意力，体验有多么新颖和有趣，以及引发的情绪种类。但是，最近，由加州理工学院霍华德·休斯医学研究所的神经科学家乌利·鲁蒂沙user领导的一个团队深入研究了海马体的细胞运作，记录了当人们吸收和回忆新信息时单个脑细胞的活动。他们的发现，虽然以动作电位和电频率的技术语言呈现，但为普鲁斯特式的记忆之谜提供了有趣的见解。
比头发还细的电极
虽然癫痫治疗不如H.M.时代那样具有侵入性，但它仍然为神经科学的洞察力提供了独特的机会。为了查明癫痫发作的起源，医生有时会在受影响的大脑区域植入比头发还细的电极。然后在几天内，他们窃听患者在医院病房内说话、看电视、四处走动和睡觉时发生的电活动。
鲁蒂沙user和他的同事将他们的记忆实验附加到这项医疗方案上。他们要求九名正在接受电极监测的癫痫患者观看100张幻灯片，每张幻灯片都显示一个人、动物或日常物品（如汽车或工具）的图像。患者有一秒钟的时间尽可能好地将每张图片记在脑海中，然后下一张图片就会出现。研究小组随后通过向患者展示第二组100张照片来测试患者的回忆能力，其中一半是新照片，一半是初始幻灯片中的重复照片，并要求他们识别哪些是他们已经看过的。在两次幻灯片展示期间，研究小组使用植入的微电极来跟踪海马体和杏仁核中的电活动。
通过这种技术拾取的电场包括各种节律。Delta波——慢脑波，每秒发生一到四次——是深度睡眠的特征。Beta波，每秒发生12到30次，在人们积极集中注意力时占主导地位。
在中间速度是theta节律，每秒重复三到十次。（为了说明这一点，请考虑当我沿着圣加布里埃尔山脉陡峭的小径跑步时，我的心率稳定在每分钟160次，即每秒2.6次。）
当人们在寻找方向或观察新事物时——换句话说，当他们正在学习时，theta节律尤其强烈。之前的实验表明，这些振荡在学习期间越强，发生频率越高，这个人就越能记住新材料。
因此，鲁蒂沙user团队在患者记忆图像时捕捉到明显的theta活动并不令人惊讶。但他们的发现更深入。利用灵敏的电子设备和复杂的软件，科学家们可以检测到单个神经元在通过称为尖峰的全有或全无脉冲向彼此发送信息时发出的微弱的断奏声音。
研究小组记录了海马体和杏仁核中305个神经元的活动。当受试者观看图像时发生的尖峰总数并不能预测患者是否会在以后回忆起它。（平均而言，参与者识别出初始图片中的三分之二。）然而，科学家们发现了一些可以预测约五分之一细胞成功回忆的东西。
进入节奏
神经细胞通常不以步调一致的方式运作。它们通常在兴奋水平超过阈值时，不规则地发出脉冲。然而，加州理工学院的研究小组发现，神经元节律有时可以高度协调——而这种同步性有助于人们形成持久的记忆。想想一个自由泳游泳运动员。她经常在她的上臂和下臂以及水线形成的三角形内侧转头呼吸。如果她在爬泳的不同阶段呼吸，她很可能会吞下水并失去节奏。这些形成记忆的神经元似乎也是如此。
研究小组发现，在学习阶段，如果在屏幕上闪现一张图片的时刻，海马体和杏仁核中的神经元尖峰与局部theta时钟对齐，患者更有可能记住该图像，并对他们的回忆是准确的感到自信。当人们观看他们以后无法识别的图像时，单个记忆编码神经元和整体大脑活动之间的这种协调性大大降低。
这项研究揭示了除了注意力、新颖性和情感影响之外，决定事物令人难忘的另一个因素：时间。神经元总是会对新图像和体验做出尖峰反应。但是，当尖峰恰好与theta节律一致时，这种协调的电活动会改变大脑的突触，即神经元之间那些特殊的分子机器，从而使记忆得以形成。
这些微妙的发现有助于解码记忆的机制——三磅重的粘稠组织如何产生一个拥有无数印象、回忆和数十年积累的知识的头脑。