对满怀热枕但缺乏经验的年轻研究者而言，
重要的是找到合适的方向，提出关键问题。
脑世界 X 盐趣
Sam Rowe
1876年的春天，19岁的西格蒙德·弗洛伊德来到里雅斯特研究所，希望能在显微镜下观察到⼀条雄性鳗鱼的睾丸。在当时，鳗鱼的生育方式是持续千年的谜团，没有人见过雄性鳗鱼。亚里士多德甚至曾提出鳗鱼是从池塘的淤泥中孕育的。如今我们知道，欧洲鳗只有成年后洄游至马尾藻海，才会表现出明显的性别特征。研究所里日复⼀日解剖鳗鱼的弗洛伊德注定无法找到答案：解答这个问题的关键不是找到那条关键的鳗鱼，而是寻找正确的栖息地。这段无果的研究经历或许促使弗洛伊德从⼀名神经解剖学研究者成为临床神经科医师，创立了影响巨大的精神分析学派。
科学发展搭建在无数科学家之间神秘的连接之上。弗洛伊德探究鳗鱼的失败，冥冥之中通过另⼀位科学家推动了人类对认知功能的内核——学习与记忆的理解。20世纪50年代，埃里克·坎德尔对弗洛伊德的学说燃起了极大的兴趣。这两位科学家有许多相似之处：都是犹太人，同样曾因战争被迫离开维也纳，在⼀片崭新陌生的土地上重拾生活。而后的发展还将揭示，坎德尔探寻心智的道路也与海洋生物有关。
受精神分析学派的影响，坎德尔进入医学院，希望成为⼀名精神分析师，并在随后易辙，通过神经科学的研究方法，探寻学习和记忆的生物机制。坎德尔认为，学习和记忆不仅是精神分析和心理治疗的核心，更是我们独有身份的核心——学习与记忆“使我们成为我们”[1]。受限于当时的分析方法，他从还原论的角度出发，认为选择出恰当的实验对象，是找出学习和记忆存储的细胞机制的关键。这种实验动物需要有学习记忆能力，还要有简单的神经控制环路。经过6个月的仔细考量，长度超过30厘米，只有约两万个脑细胞*的海兔（Aplysia）被选为了最合适的实验对象。
*注
近期研究显示，人类大脑中约有8600亿神经元 [2]。
图1. 海兔的缩鳃反射。缩鳃反射指的是，当人们触碰海兔用于呼吸的虹吸管（Siphon）时，海兔会因受到惊吓而产生将鳃（Gill）收缩进外套腔的行为。
坎德尔利通过简单的缩鳃反射行为（图1.A）进行实验。经过训练的海兔能进行两种简单的学习行为：习惯化和敏感化。习惯化是指，当多次刺激海兔的虹吸管，它们的缩鳃反应会降低。而敏感化是指，当轻触海兔虹吸管的同时，向其尾部施加电刺激，海兔会变得敏感，即使在轻触碰刺激下也会表现出强烈的缩鳃行为。坎德尔发现，学习的关键，在于不同神经元之间突触连接强度的可塑性。在习惯化过程中，感觉神经元的动作电位引发了动作神经元更弱的突触电位，导致传递效应降低。敏感化的机制则与之相反。
该研究显示，学习来自于突触强度的改变。那学习带来的短时记忆是如何转化成长时记忆的呢？坎德尔进⼀步的研究证明，短时记忆来自于突触连接的功能性改变，而长时记忆则建立在突触的结构性变化上。在长时习惯化中，除了突触强度降低，海兔感觉与运动神经元间突触前连接的数量也减少了。而长时敏感化中，海兔的感觉神经元则长出了新的突触前联接。坎德尔的研究证明了，大脑的结构变化构筑了我们的长时记忆，这项研究发现也构建了如今我们对于学习及记忆领域的理解。
坎德尔凭对于记忆的发现在2000年获得诺贝尔生理学/医学奖。而他对于心智研究的另⼀个影响却鲜被提及，即将电生理学与行为学相结合的研究方法。经过近半个世纪的发展，更多技术的出现让心智寻踪充满了更多的可能性。我们能够从来自分子生物学、计算科学以及认知行为学等不同角度，对复杂的人类记忆进行更加精确的分析。随着方法的成熟，坎德尔对记忆寻踪的落点也重新回到了人类大脑的海马体中。
从过去的科学发展中，我们不难看到，对满怀热枕但缺乏经验的年轻研究者而言，重要的是找到合适的方向，提出关键问题。已在领域内深耕多年科研学者的指点能让学生走得更远。我们与长期合作伙伴ViaX盐趣联合开发的《认知神经科学：学习、记忆和决策过程探究》，由来自普林斯顿大学，专攻学习、记忆与决策的终身教授教学。在这里，你除了能够了解学习和记忆相关的神经机制，还能进一步了解学习和记忆如何影响决策过程、大脑是如何进行决策的、人们在进行决策时会涉及哪些大脑区域，而这些区域又将如何影响决策过程......
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直播课时间
2022年05月21日 20:00
直播课主讲
柏涛
中国科学院神经科学研究所博士研究生；研究方向：关联学习记忆的神经机制。
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参考文献
[1]  Kandel, E. R. (2007). In search of memory: The emergence of a new science of mind. WW Norton & Company.
[2]   Azevedo, F. A., Carvalho, L. R., Grinberg, L. T., Farfel, J. M., Ferretti, R. E., Leite, R. E., ... & Herculano‐Houzel, S. (2009). Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an isometrically scaled‐up primate brain. Journal of Comparative Neurology, 513(5), 532-541.
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