我们的大脑如何记忆?[视频]

我们每个人在这个地球上都有独特的体验。其中一个主要原因是随着时间的推移,我们记忆的积累,这形成了我们称为生命的持续叙述。

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


我们每个人在这个地球上都有独特的体验。其中一个主要原因是随着时间的推移,我们记忆的积累,这形成了我们称为生命的持续叙述。记忆对于学习也至关重要。但是,大脑——细胞的集合,其中主要是神经元——是如何记忆和学习的呢?埃里克·坎德尔,或许比任何其他人都更清楚地揭示了这个问题的答案。

坎德尔是一位诺贝尔奖获得者,也是哥伦比亚大学生物化学和生物物理学教授。他通过研究神经元如何沟通和变化,开启了细胞层面大脑工作方式的研究。坎德尔出生于维也纳,小时候移民到美国。他对精神分析着迷,研究了西格蒙德·弗洛伊德,但转而投向新兴的神经科学领域,试图展示心智如何从大脑中产生,希望用生物学术语解释心智。他前往美国国立卫生研究院,解读记忆的工作原理,因为他认为人们之所以成为现在的自己,部分原因在于他们所记住的东西。除了其他伟大的成就之外,坎德尔还成为第一个记录海马体(大脑中记忆最核心的结构)中单个神经元之间通信的人。通过这样做,他使神经科学与普通人息息相关。

坎德尔所选择的研究路径是有争议的,甚至被某些同事否定。他在纽约大学约瑟夫·勒杜(一位情绪大脑专家)创作的引人入胜的视频《绘制心智图谱》中解释了这一切是如何发生的。该视频是他与导演亚历克西斯·甘比斯共同制作的系列片“我的心灵之眼”中的第三部。(第一集以内德·布洛克为主角,探讨身心问题;第二部视频与迈克尔·加扎尼加讨论自由意志。)勒杜和甘比斯给了《大众科学》机会,在我们的网站上首先发布这些视频。


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绘制心智图谱:埃里克·坎德尔访谈,来自Imaginal DiscVimeo上。

《绘制心智图谱:埃里克·坎德尔访谈》,来自Imaginal DiscVimeo

勒杜和坎德尔之间的对话大约持续12分钟。坎德尔现在已经84岁了,但他仍然思路清晰,一如既往地平易近人且谦逊,听他讲话是一种享受。甘比斯插入了一些坎德尔处理海兔加州海兔的可爱镜头,这种生物可以长到垒球那么大——正是这种生物让坎德尔确定了记忆是如何存储在大脑中的。当甘比斯和勒杜拍摄动作并与坎德尔交谈时,我很幸运地在场。

采访结束后,这一集过渡到勒杜的乐队Amygdaloids演唱的歌曲“Map of Your Mind”的四分钟音乐视频。采访中的一些亮点,仍然清晰地留在我的记忆中

2:50 神经元到神经元。为心智找到物理基础意味着坎德尔必须将大脑分解开来,直至单个神经元,以弄清楚它们是如何存储和传输信息的。在这里,他回忆了为什么他从记忆的所在地海马体开始研究。

3:45 坎德尔解释了为什么他停止研究人脑,转而研究海兔。答案是:海兔拥有地球上任何动物中最大的脑细胞。海兔也可以被训练,因此坎德尔可以监测单个神经元,并观察当动物基于过去互动的记忆进行学习时,神经元发生了什么变化。坎德尔还回忆了当时同事们为什么说他是在浪费时间。

6:30 随着技术的进步,研究人员可以获得关于神经元活动的更详细的数据。坎德尔解释了他如何发现学习会改变神经元之间跨突触(神经元之间的间隙)连接的强度。坎德尔表明,在短期记忆中,只有跨突触的通信会发生改变。但在长期记忆中,突触会发生物理改变。这一系列观察结果有助于证明心理疗法可以改变大脑,从而改变行为。

8:00 坎德尔描述了他和同事们是如何继续确定基因和蛋白质生产如何参与记忆的。

11:00 坎德尔今天仍在工作,他简要描述了他最新的努力,以阐明注意、认知和意识的机制。视频最后重点介绍了坎德尔试图从神经科学和艺术中汲取共同教训;其中包括对这两个领域如何尝试探索女性情色和攻击性的奇怪且出乎意料的涉足。

14:40 音乐视频,“Map of Your Mind”。

进一步阅读,由埃里克·坎德尔推荐

记忆存储的分子生物学:基因与突触之间的对话。埃里克·R·坎德尔,发表于科学 294: 1030-1038; 2001年。

《追寻记忆:心智新科学的兴起》。埃里克·R·坎德尔。W.W. Norton and Company,纽约;2006年

《洞察力的时代:从1990年维也纳至今,在艺术、心智和大脑中探索无意识》。埃里克·R·坎德尔。Random House,纽约;2012年。

心智新科学与知识的未来。埃里克·R·坎德尔,发表于神经元 80: 546-560; 2013年。

记忆的分子和系统生物学。埃里克·R·坎德尔等,发表于细胞 157: 163-186; 2014年

图片来自此视频,由Imaginal Disc提供。

Mark Fischetti has been a senior editor at 大众科学 for 17 years and has covered sustainability issues, including climate, weather, environment, energy, food, water, biodiversity, population, and more. He assigns and edits feature articles, commentaries and news by journalists and scientists and also writes in those formats. He edits History, the magazine's department looking at science advances throughout time. He was founding managing editor of two spinoff magazines: 大众科学 Mind and 大众科学 Earth 3.0. His 2001 freelance article for the magazine, "Drowning New Orleans," predicted the widespread disaster that a storm like Hurricane Katrina would impose on the city. His video What Happens to Your Body after You Die?, has more than 12 million views on YouTube. Fischetti has written freelance articles for the New York Times, Sports Illustrated, Smithsonian, Technology Review, Fast Company, and many others. He co-authored the book Weaving the Web with Tim Berners-Lee, inventor of the World Wide Web, which tells the real story of how the Web was created. He also co-authored The New Killer Diseases with microbiologist Elinor Levy. Fischetti is a former managing editor of IEEE Spectrum Magazine and of Family Business Magazine. He has a physics degree and has twice served as the Attaway Fellow in Civic Culture at Centenary College of Louisiana, which awarded him an honorary doctorate. In 2021 he received the American Geophysical Union's Robert C. Cowen Award for Sustained Achievement in Science Journalism, which celebrates a career of outstanding reporting on the Earth and space sciences. He has appeared on NBC's Meet the Press, CNN, the History Channel, NPR News and many news radio stations. Follow Fischetti on X (formerly Twitter) @markfischetti

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