记忆如何存储在人脑中的问题是一个古老的难题。多年来，已经出现了一些看似合理的理论，但支持这些理论的实验证据并不总是紧随其后。和疾病影响记忆，对公共健康构成巨大威胁，可以说比以往任何时候都更需要解开我们的大脑如何保存信息的秘密。
记忆研究的开端
圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔 (Santiago Ramón y Cajal) 第一个提出这一点突触追溯到 1890 年代，这可能是记忆形成的关键。拉蒙·卡哈尔使用了一种技术由意大利科学家卡米洛·高尔基 (Camillo Golgi) 开发，可以生成像这样的脑组织的令人难以置信的详细图像。
Ramón y Cajal 的一幅图画，展示了猫小脑皮层的浦肯野细胞（公共领域）。
两人继续分享诺贝尔奖感谢他们的努力，拉蒙·伊·卡哈尔 (Ramón y Cajal) 的绘画至今仍是神经科学讲座中常见的景象。
突触是神经元之间的连接。加拿大人唐纳德·赫布 (Donald Hebb) 在 1949 年晚些时候首次提出了一种理论，认为随着时间的推移，这些连接强度的持续变化可以让大脑存储信息。这个想法被称为突触可塑性– 我们稍后会回到这个话题。
其他实验，包括加拿大裔美国神经外科医生的实验怀尔德·彭菲尔德，帮助下一代科学家找出在大脑中寻找记忆存储的位置。彭菲尔德开创了一种治疗癫痫的新方法。这听起来可能有点极端，但他会打开病人的头骨，暴露他们的大脑，并在他们清醒的时候用一个小电极探测大脑，试图找出导致癫痫发作的特定组织部分。彭菲尔德指出，刺激大脑的某些部分会激发患者的记忆。
当我们谈论记忆时，有一个大脑区域被认为是最重要的——要理解这一点，你必须了解患者 HM 的故事
患者 HM 和海马体
这位后来被称为 HM 的人小时候卷入了一场事故，导致他癫痫发作。当他二十多岁的时候，癫痫发作已经变得非常虚弱，尽管服用药物，他还是不得不放弃工作。
作为最后的手段，HM 接受了剧烈的手术，切除了部分大脑。它在控制癫痫发作方面起到了作用，但有一个非常显着的副作用——HM 已经发展健忘症。令人回味的是，他描述的他的状况是“就像从梦中醒来一样……每一天都是孤独的……”
事实证明，HM 大脑中被切除的部分包括一个关键区域——海马体。海马形状的结构深埋在大脑内部，自此被认为是基石学习和记忆的过程，而这一发现全归功于像 HM 这样的患者的遗产
我们现在知道情况要复杂一些，大脑的任何一个部分都不负责与记忆有关的所有事情——例如，最近的一项研究表明，小脑帮助我们储存与强烈情绪相关的记忆。然而，这一切仍然没有解决的是如何记忆是首先形成的。
突触可塑性和长时程增强
我们答应过我们会回到这个话题的，不是吗？
几十年来，研究记忆存储的神经科学家最喜欢的理论依赖于这样的想法：反复激活时突触连接可以变得更强。当这种效应长期持续发生时，称为长时程增强（LTP）。
为了将电信号从一个神经细胞传输到另一个神经细胞，它必须以某种方式穿过突触。这通过一系列三个主要步骤发生。首先，化学神经递质被释放到突触间隙或间隙中。它们与裂口另一侧神经元上的受体结合。这种结合会触发离子通道的打开，从而允许电流流动。
该图描绘了神经冲动在两个神经元之间通过突触的传输。图片来源：Ali DM/Shutterstock.com
当有更多的神经递质分子被释放，或者有更多的受体可供它们结合时，LTP 就可以实现。无论哪种方式，更多的电流将通过离子通道，使突触连接更强。
这个想法是，在创建新记忆时会形成强大的突触，并且这种增强模式足以编码和存储记忆。
很难通过实验证明 LTP 是解开大脑记忆存储秘密的万能钥匙，尽管证据这表明建设非常重要。然而，多年来，许多科学家认为这并不是故事的全部。
记忆印记
“印迹”一词不仅仅是科幻小说中的保留词，它可以追溯到记忆理论的早期。 1904 年，理查德·西蒙 (Richard Semon) 提出印迹被认为是经历了持久化学或物理变化的细胞的集合，当这些细胞被重新激活时，可以回忆起特定的记忆。正如氨基酸是构成蛋白质的单个单位一样，印迹也可以被认为是记忆的基本单位。
在塞蒙的一生中，他的理论并没有得到太多关注。不过，最近技术的进步可能正在为一项被塞蒙本人描述为“无望的事业”的发现——印迹的生物学基础——铺平道路。
麻省理工学院的一个小组进行的一系列研究为所谓的“沉默的印迹”。研究人员能够人工检索存储在逆行性遗忘症小鼠大脑中的事件记忆。
该团队随后发布了后续论文进一步证明了他们的理论，即虽然突触可塑性参与记忆形成，但对于长期记忆存储来说并不是必需的。
“我们在这项研究中的一个主要结论是，特定的记忆存储在沿着解剖学途径的印迹细胞群之间的特定连接模式中，”资深作者 Susumu Tonekawa 在 2017 年的一篇文章中说道。陈述。 “这个结论是具有挑衅性的，因为人们一直认为记忆是通过突触强度来存储的。”
作为一个2020年回顾该主题指出，“仍然存在许多问题。”然而，令人兴奋的是，上世纪之交萌芽的想法现在可能越来越接近公认的科学共识。
机械记忆
2021年，英国科学家本·古尔特接受 IFLScience 采访关于一个全新的理论，其中人脑被比作一台计算机。
这种类似计算机的机器被称为 MeshCODE，其工作原理类似于二进制代码 - 在这种情况下，1 和 0 是一种称为 talin 的蛋白质的不同结构状态。
自从最初的假设发表以来，古尔特进一步扩大关于talin以及在每个突触处形成同名蛋白质“网络”的其他蛋白质的潜在作用。取上面的突触传递图；该网络是一个纵横交错的蛋白质骨架，位于突触每个边缘的神经元内部。
最近，该团队建立了MeshCODE 复合体的按比例模型在发现我们当前的所有模型在规模上都严重错误之后，可视化这些分子在现实生活中如何相互作用。对新模型的分析导致了理论的一些令人兴奋的更新。
“通过我们的新分析，我们突然意识到一个新发现，即这些开关使这些分子的长度大幅增加（‘1’态大约比‘0’态长 10 倍），”古尔特告诉 IFLScience。由于一个talin分子沿其长度有13个开关，这意味着该蛋白质理论上可以拉伸至近1微米。
“我们意识到 随着开关模式的变化，它们将移动与 MeshCODE 结合的酶，然后开关远离突触的活动区域......的量化距离，”古尔特继续说道。
我们又回到了突触。这些新模型帮助古尔特和他的团队发现了 MeshCODE 的工作原理如何对突触活动产生连锁反应，我们知道突触活动在记忆中发挥着重要作用。
“在这里，我们发现二进制代码将重组突触内的酶……这引发了二进制代码如何协调突触活动的想法。当开关在空间上组织相对于彼此及其目标的酶时，有些代码会将它们完美地排列起来以实现非常快速的活动，而有些代码会将这些分子保持很远的距离以防止活动！”
下一步将是实际观察神经元内 talin 分子形状的变化，团队希望这一目标并不遥远。他们还在研究一些神经系统疾病，以及一些癌症，他们认为这些疾病可能受到talin信号改变的影响。
Goult 寄予厚望，希望 MeshCODE 理论能够成为我们所经历的记忆的所有方面迄今为止所缺乏的统一力量。
“这是这个理论的重要思想，我们所有的记忆都被物理地写入大脑中这些分子的形状。我发现想象一下我们回忆起的每条记忆都有一个被写入大脑的物理位置是非常令人兴奋的最终……我提出的是印迹的位置，即记忆的物理物质，它们以二进制格式写入突触支架中的 MeshCODE 记忆分子的形状，并通过改变传输来读取它们。神经元回路中的每个突触。 ”
未来会怎样？
这是记忆研究领域的一个激动人心的时刻。现代技术的进步意味着自神经科学最早以来就提出的理论和想法现在可以以前所未有的方式进行实验测试。正如古尔特指出的，一些最大的突破来自于来自不同背景的科学家共同努力：“我认为许多令人兴奋的发现是在学科之间的交叉点上取得的，例如机械生物学是在工程学和生物学的交叉点上。”
人类大脑的大部分功能仍然难以捉摸。然而，只要有新的理论被提出——并且旧的理论被记住！ – 我们将继续加深对我们的思想和我们自己的理解。
