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本文是作者对自己在海马体学习记忆领域研究历程的回顾性综述。文章生动记述了其从接触神经科学到在Lethbridge大学利用莫里斯水迷宫研究海马体在空间记忆中的作用,进而提出“配置关联理论”解释海马体在非空间记忆中的功能,并围绕近期与远期记忆的逆行性遗忘梯度展开深入研究,最终将动物模型研究成果拓展至人类认知研究的学术生涯。文章强调了机遇、合作与深入思辨在科研发现中的重要性。
ABSTRACT
本文描述了作者在行为神经科学,特别是海马体在学习记忆中的作用方面的研究历程。通过一系列机遇,在Dalhousie大学心理学系受到海马体与记忆研究氛围的熏陶后,作者在Lethbridge大学与Bryan Kolb和Ian Whishaw合作,利用Richard Morris的水迷宫任务评估空间导航,开始了相关研究。团队在海马体损伤对位置学习记忆、近期与远期记忆、配置关联的影响及其向人类记忆的延伸等方面做出了多项实验和理论贡献。文章也回顾了一些研究中的失误及如何从中吸取教训继续前进。
1 On the Organization of Spatial Memory
作者在完成博士学位后,于1974年进入Lethbridge大学心理学系,与Bryan Kolb和Ian Whishaw进行博士后研究。当时,Kolb致力于开发模拟人类皮层损伤后神经心理症状的新行为分析方法,而Whishaw则研究啮齿类动物海马节律性慢活动。作者发现了一个闲置的圆形水池,意识到这是结合Kolb和Whishaw的专长、Richard Morris在Dalhousie大学报告中介绍的大鼠水迷宫空间导航研究,并聚焦海马体与空间记忆的绝佳机会。
研究初期,作者团队评估了海马体损伤对大鼠空间记忆的影响。他们通过海马内注射神经毒素造成损伤,并测试了特定皮层区域损伤对大鼠空间定向和位置学习的影响。这些实验揭示了海马体、前额叶皮层、顶叶皮层、颞叶新皮层、压后皮层和丘脑在位置记忆的获取和长期保持中的参与作用。团队发现,海马体损伤会破坏位置导航,这一发现为O'Keefe和Nadel的“认知地图”理论提供了支持证据,并对David Olton认为海马体特异性参与工作记忆的观点提出了挑战。然而,这一结论曾遭遇阻力,他们早期关于水迷宫任务的稿件曾因审稿人认为游泳是“非常不符合大鼠天性”的行为而遭拒。
在实验测量方面,作者曾花费大量时间手动测量大鼠游泳轨迹的多个导航精度指标,一度遭到合作者“催促”回归实验室。这些研究为理解海马体在空间记忆组织中的作用奠定了基础。
2 Configural Association Theory
在Lethbridge大学担任终身教授期间,作者的研究继续深入。20世纪80年代,对O'Keefe和Nadel认知地图理论的一种普遍解读是,只有空间学习记忆任务会对海马体损伤敏感。为了检验这一观点,团队测量了海马体损伤在“非空间”任务中的影响。令人惊讶的是,即使空间位置并非任务明确要求,海马体损伤也会损害几种记忆任务的表现,并且即使损伤发生在学习后很长时间也是如此。
同时,团队发现海马体损伤对莫里斯水迷宫任务中的近期和远期位置记忆的破坏程度是相等的,这质疑了海马体仅对近期记忆必要的观点。在1984年于匈牙利Pecs举行的一次会议上,团队首次提出,海马体在利用涉及事件间空间或非空间关系的信息方面至关重要。
作者在科罗拉多大学Boulder分校的第一次学术休假期间,与Bruce McNaughton和Carol Barnes合作,进行了CA1区和中线皮层在放射迷宫中的立体电极记录项目。期间,与Jerry Rudy就一篇难以阅读的书稿章节进行的激烈而有趣的讨论,催生了一系列关于“配置关联”理论的论文。该理论提出,海马体的作用在于处理线索间的关系,即配置关联,这可以解释海马体在空间和非空间任务中对记忆的贡献。他们意识到,Eichenbaum等人关于气味关系编码的研究以及其它类似理论也支持这一方向。然而,作者也承认,后续实验表明,一些需要元素性辨别(elemental discriminations)的任务也会被海马损伤破坏,而一些配置关联任务则不受影响,因此该理论并非完全正确,但它仍催生了许多富有成果的实验。
3 Nothing but Flat, Retrograde Gradients and Extensions to Human
1991年,作者将实验室迁至新墨西哥大学。Kim和Fanselow报告称,海马损伤会破坏近期而非远期的情境恐惧记忆,这一发现对记忆的系统巩固标准模型产生了重要影响。然而,作者团队在比较海马损伤对近期与远期记忆影响的大量实验中,始终未能证实可靠的逆行性遗忘时间梯度。他们得出结论:如果某种类型的记忆最初依赖于海马体,那么它将始终依赖海马体。
团队尝试了多种方法来调和与Kim和Fanselow研究的差异,包括考虑训练强度、损伤范围、情境中气味线索的作用等。他们指出,大鼠实验中逆行性遗忘影响的时间尺度(以天计)与人类(以年计)存在明显差异,可能机制不同。他们还注意到,许多显示近期与远期记忆受损程度相等的实验数据因表现为“无效应”而未发表。
关于多重痕迹理论,作者认为,其预测与他们的数据存在诸多不符。他们的观点是,分布式、重复的学习经验可以形成能抵抗海马损伤的记忆,但这取决于重复次数和分布情况,而非简单的记忆形成与损伤间的时间间隔。
在新墨西哥大学,团队还开发了适用于人类的计算机化莫里斯水迷宫任务版本,用于研究空间学习记忆。他们发现,双侧甚至单侧海马损伤者在此任务中表现受损;存在可靠的空间学习性别差异;衰老导致空间学习能力过早下降,且与海马体积和N-乙酰天冬氨酸水平相关;产前酒精暴露与持久的空间学习障碍有关。
2001年,作者重返Lethbridge大学,并领导新成立的加拿大行为神经科学中心。期间,团队继续尝试寻找能选择性保留远期记忆的实验参数或海马干预方式,但均未成功。然而,在Hugo Lehmann博士领导的一个项目中,他们发现分布式、重复的学习经验能够建立抵抗海马损伤的长期记忆,而集中、快速学习的相同次数则不能。这提示,看似存在时间梯度的逆行性遗忘,实际上可能取决于初始学习与海马损伤之间分布式重复或再激活的次数。
4 Final Words
科学贡献史的叙述常强调观点和逻辑推理的力量,但这往往掩盖了机遇、偶然和运气在科学发现中的作用。作者回顾其科研生涯,认为最大的幸运在于能与众多优秀的同事和学生共同工作与学习。他建议,应花时间与同事、合作者和受训者思考和讨论观点,并且投入的时间应比同事或导师认为的“适量”更多。
Conflicts of Interest
作者声明无利益冲突。
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