五十年前，当西奈山医学院成立时，四位诺贝尔奖获得者齐聚参加了学院的成立仪式，并对科学如何改变我们对身体和世界的理解做出了预测。其中最引人入胜的一个预测是，医生有朝一日会理解记忆的物理基础——大脑存储和检索经验的结构和过程。
他们是对的。
经过几十年的研究，其中大部分是在西奈山进行的，医生现在对记忆如何运作有了深入的了解，甚至可以深入到分子和细胞层面。
“我们现在从网络的角度看待大脑及其1000亿个神经元，即神经细胞，”马克·巴克斯特说，他是现在的西奈山伊坎医学院的神经科学教授。“我们意识到，记忆不是在大脑的任何地方形成的，而是皮层和皮层下区域的特定网络相互连接以形成可检索的记忆。”
大脑活动就像一个电路，因此建立和检索记忆取决于网络内的连接。连接越强，记忆越强。
来自西奈山伊坎医学院的丹尼斯·蔡能够观察到记忆是如何被编码并通过时间连接起来的。来源：西奈山健康系统
虽然这个想法并不新鲜，但科学家们测试它的能力是最近才有的。“只是在最近几年，我们才拥有了能够跟踪神经元集合的技术，这些集合在多个记忆中，在很长一段时间内进行协调，”伊坎医学院的神经科学助理教授丹尼斯·蔡解释说。“思考这个概念的一种方式是，记忆不是快照——它会在时间推移中动态更新和编辑。任何给定的记忆都是相对于过去和未来的记忆形成的。”
蔡专注于她的研究，通过跟踪小鼠大脑活动如何编码不同的环境，来研究记忆是如何关联和连接的。通过使用一个微型显微镜，该显微镜由一个手机上的摄像头传感器制成，安装在每只小鼠的头部，蔡记录了每次数百个细胞的放电，以产生记忆。她的研究提供了第一个证据，证明小鼠能够在时间上关联情景体验。
该研究让小鼠暴露在三种环境中，并记录了它们的大脑活动。“我们将小鼠置于三种对它们来说完全新的、彼此完全不同的环境中，例如有不同的气味，”蔡说。“第一个环境A和环境B之间间隔一周，但B和C之间只间隔五个小时。平均而言，我们记录了每个环境中600个细胞的放电，以学习和记住新环境。”
在过去，神经科学家认为不同的细胞群代表着这三种环境。但是，最近的观点认为，时间上更接近的事件实际上会共享重叠的神经元。“我们发现，如果小鼠将环境C与厌恶体验联系起来，那么当它们返回该环境时，它们会僵住，”蔡说。“但它们在重新进入环境B时也会僵住，因为检索B的记忆会触发对环境C的回忆，而C是厌恶的。相比之下，当我们把它们放在环境A中时，它们不会僵住。这些记忆在时间上没有关联。”
对于蔡来说，这项研究最有希望的潜在应用之一是治疗创伤后应激障碍 (PTSD)。“我们的新数据显示，当小鼠第一次学习到一个环境并发现它是创伤性的时，它们会将恐惧转移到几天前学到的中性记忆中，”她说。“PTSD的表型之一是重新体验恐惧。如果我们可以了解小鼠细胞水平上类似的过程，我们就更有可能开始开发有针对性的治疗方法，以帮助人类防止恐惧复发。”
虽然半个世纪前的诺贝尔奖获得者有洞察力预测了对记忆的更深入理解，但他们无法预见我们目前的理解深度。
“我们不仅了解了微观层面上发生的事情，现在我们还知道脑细胞的电活动是建立记忆的一部分，”巴克斯特说。“在未来几年里，目标是利用我们测量大脑中某些网络活动的能力，在记忆障碍，如阿尔茨海默病和痴呆症出现症状之前很久就对其进行诊断。我们希望能够在记忆丧失过程刚刚开始时就进行干预。最终，我们甚至可能能够对大脑的目标区域施加外部刺激，以治疗脑部疾病。”
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