抽取受訓海兔RNA注射入未受訓海兔體內示意圖(圖片由受訪者提供)
用圖表展示的實驗結果(圖片由受訪者提供)
被電線指著頭,加利福尼亞海兔沒有遲疑,蜷縮著躲避。它不懂電是什么,不會對此天然具有防御行為。美國加利福尼亞大學洛杉磯分校教授戴維·格蘭茲曼認為,這種行為可能來自一段記憶,這段記憶屬于另一只海兔——它領教過電擊的厲害。
上周,這名神經生物學家和他的團隊于在線論文平臺eNuro上發布了最新的實驗成果。他們相信,上述海兔的反應等同于“記憶移植”。1999年,全國高考作文題《假如記憶可以移植》引發了大討論。這個在當時被視為頗具科幻色彩的話題似乎正在變為現實。
記憶移植的愿景重燃了治愈阿爾茨海默病的希望。根據《2015年世界阿爾茨海默病報告》,全世界平均每3秒鐘就有1例新發患者,預計2050年全球患者將突破1.3億人。我國目前阿爾茨海默病患者已經超過800萬。
眾所周知,這種疾病會侵蝕人的記憶。
格蘭茲曼告訴中國青年報·中青在線記者,他明白那種痛苦,好像“用隱形墨水寫字”,不管怎么努力,什么都留不下來。他認為“大腦是諸多煎熬之源”,如PTSD(創傷后應激反應綜合征)、失憶癥。加深對記憶的了解,能讓人類擺脫更多苦難糾纏。
然而,這個實驗在學術界備受爭議,格蘭茲曼是個不折不扣的少數派。
又是海兔立的功
加利福尼亞海兔巴掌大,形似沒有殼的蝸牛,肥肚子下掖著裙擺式的肉腮。半個世紀以來,這些黏糊糊的、行動緩慢的家伙活躍在認知科學的研究中。它的神經元相對更大,直徑可達1毫米,便于科學家在顯微鏡下觀察。它有2萬個神經元,比哺乳動物少多了,卻具備不少和人類大腦神經系統類似的屬性。
它們待在格蘭茲曼實驗室的潛水箱中。其中一些被格蘭茲曼和學生抓在手里,肉腮被電線杵著也不為所動,直到遭受電擊才慌忙收縮。重復多次,它們學乖了,不管有電沒電,一經電線接觸就擺出防御姿勢,持續40秒左右。這種訓練能讓海兔建立條件反射,將電線和畏縮的動作聯系起來。
接著,從這些訓練過的海兔腦部,格蘭茲曼團隊提取了全部RNA(核糖核酸)物質。和它大名鼎鼎的表親DNA(脫氧核糖核酸)一樣,RNA同樣為螺旋上升的雙鏈,攜帶著遺傳信息,廣泛分布在細胞之中。這些物質被注入完全未受訓練的海兔體內。
24小時后,面對電線的試探,接受RNA注射的海兔熟練地縮起了肉腮,持續40秒。這令整個實驗室振奮,它們顯然獲得了未曾學習的經驗。
團隊同樣提取了未受訓海兔的RNA,這些物質則無法使同樣“無知”的同類增長“見識”。格蘭茲曼團隊相信,RNA能催發某種遺傳性變化,而長期記憶就儲藏在RNA之中。
他們認為,這個實驗等同于將一群海兔的經驗移植到另一群海兔體內。RNA則是運載工具。
這個科幻小說一般的成功在學術圈內立即引發了爭議。
設計實驗的邏輯鏈條遭到質疑。一位伯克利大學的神經科學學者對中國青年報·中青在線記者表示,海兔防御大概是某種自然反應,受基因里的“開關”控制。格蘭茲曼的注射可能只是一不小心碰開了開關,并非移植了記憶。
曾在北京師范大學專注記憶研究的蔡瑛告訴中國青年報·中青在線記者,她不太放心的是RNA的活躍個性。這種蛋白被發現樂于參與身體的新陳代謝。或許它并不是儲存箱,而是一個塑料袋,記憶被兜進去,又很快離去。真正牢靠的記憶保管箱另有它處。“很長一段時間過去,這些被認為移植了長期記憶的海兔可能就什么都不記得了。”
格蘭茲曼的實驗與記憶研究的主導觀點相左。
加州理工學院知名的華人神經科學家蔡立慧曾公開表示,這項研究“有趣而令人印象深刻”,但也“非常激進”。
她相信神經突觸在記憶儲存中的重要作用,這也是整個記憶研究的主流觀點:記憶在神經突觸的變化中產生,也儲存于其中。一個神經元擁有成百上千個神經突觸,像大樹延伸出繁茂的枝椏。突觸圓乎乎的小手能攀牢彼此,生物電流通過它們流轉,生物因此感受、思考、行動。
在主流的記憶研究中,也是海兔幫助人們認識到突觸對于記憶的重大作用。哥倫比亞大學生物化學與分子生物物理學系教授埃里克·坎德爾利用海兔防御機制研究它們的神經元,得出長期記憶在突觸中存儲的重要結論,并因此摘得2000年諾貝爾生理學與醫學獎。
求求你做個實驗吧
格蘭茲曼對爭議有著充分的心理準備,他深知自己的“非主流”身份。
對領域內很多研究者來說,RNA引發的“記憶移植”是一個死胡同,并不值得嘗試。上世紀60年代,在一個激進的實驗中,研究者先訓練一群絳蟲對光產生反應,然后將它們剁碎,喂給一群未受訓練的蟲子。飽食同類者似乎對光產生了腹中食物曾有的反應。研究者懷疑,某種遺傳物質起了作用。
“科學里不全是同類相食,你別緊張。”格蘭茲曼對中國青年報·中青在線記者說。這個實驗再未被順利復制,后來有關RNA的小鼠實驗也沒有成功。
轉入這個充滿爭議的方向,格蘭茲曼覺得迄今為止最具挑戰的是說服自己的學生幫忙做實驗。
他花了幾個月時間請求他們加入。他們則一遍遍拒絕自己的“老板”,即使還要靠他給開工資。
“你瘋了!”學生對他說。“求求你們先試一下好不好?”格蘭茲曼說。
格蘭茲曼并沒有一直質疑主流理論。他曾在哥倫比亞大學以博士后身份開展研究,就在坎德爾的實驗室里。那會兒他最關心的是神經突觸,并且認為只要努力學習這方面的知識,他總會明白記憶是怎么一回事。
“年輕啊,天真啊。”格蘭茲曼回憶起往事時感嘆,他如今白須光頭,小腹微凸。
他也并未和一些“RNA存儲長期記憶”理論的擁護者一樣,持有系統且自洽的反對理論。他只不過是被一項又一項的實驗結果推著走,反應過來時已經在現在的道路上。
當年他“自我說服”,是因為一個轉折性的實驗。培養皿里有一群神經元,在顯微鏡下像乒乓球一樣撞來撞去。他向其中注射藍墨水似的信息物質,模擬生物長期記憶形成的過程。神經元的突觸因此瘋狂生長,像迅速復制的小球。隨著時間的推移,小球又像陽光下的肥皂泡一樣一個個消失了。
實驗“挺酷”,格蘭茲曼回憶,不過也沒有啥超過預期的。
令他驚訝的是,后來他發現,盡管數量一致,培養皿里最初的那些突觸和最終留下的不是同一批,原始突觸和復制突觸誰留下,概率完全是隨機的。
他認為這表明了,盡管和記憶的形成密切相關,突觸與記憶存儲的關系并沒有想象中那么緊密,于是他將目光慢慢轉移到RNA上。
他不介意被命運轉折推著走。上世紀70年代,在披頭士的歌曲和“愛與和平”的呼聲中,年輕的格蘭茲曼一心想搞電影。他大二那年退學,只身去了紐約,在一家大型娛樂公司當助理。他瞧不上好萊塢,憧憬“地下電影”。
這個夢很快破滅,格蘭茲曼重回校園,在印第安納大學念完心理學本科,又在斯坦福大學獲得了這個專業的博士學位。在斯坦福,他逐漸對認知神經學發生了興趣,于是去了坎德爾的實驗室,接觸到了記憶研究。
“在這個領域的好處是,你不愁沒工作可做。”格蘭茲曼說。
活著就是人加上記憶
如果認定記憶存儲在RNA中,記憶移植成為可能。相比復雜的神經突觸網絡,RNA更方便提取與復制。
格蘭茲曼舉了個“殘暴”的例子。一名鋼琴家被砍掉了手指,無法再演奏貝多芬,這并不代表他不會。
記憶就是這個鋼琴家,突觸是他的手指,而RNA是他的大腦。一個是表達,一個是存儲。只要RNA在,記憶就在。活躍的突觸因為年齡和疾病而衰弱,但裝上義肢,鋼琴家能重新敲響琴鍵,記憶也會重新被喚醒。
“它一直在那里,你沒有失去它。”格蘭茲曼說,“你只是需要花一些工夫把它找回來。”
我們通常會體會“嬰兒期失憶”,記不住嬰兒期的事情。關于這種現象有諸多解釋。格蘭茲曼認同1987年一位德國心理學家的理論:嬰兒期的記憶不會憑空消失,它們能在大腦層留下印記。
被阿爾茨海默病困擾的人則失去了找尋記憶的鑰匙。在記者采訪到的人中,一名男銷售員的祖父忘記了饑飽的概念。春節里小伙下樓拿個快遞的功夫,老人不間斷吞下了30多個餃子,一邊吃一邊吐。一位女制片人的外婆不再記得家人,包括這個她曾經捧在手心里的小姑娘。老太太多疑、易怒,為家里的這么多“陌生人”感到驚恐。“我只能由著她忘。”她對中國青年報·中青在線記者說。
格蘭茲曼覺得自己還算幸運,沒有親人經歷過這種痛苦。他熟知認知科學史上一位著名病人“H.M”。1953年,27歲的他因為手術而大腦受損,無法擁有長期記憶,“甚至比不上一條金魚”。
“沒有記憶你不算活著。”格蘭茲曼說“你只是暫時存在。”
“H.M”的大腦被研究了50年,人類開始了解記憶的功能和結構。如今的記憶研究是個巨大的領域,細微的分支伸展開來:長期記憶、短期記憶、概念記憶如“蘋果是紅的”、語義記憶如“蘋果是什么意思”……人人都有一套辦法。
像格蘭茲曼這樣做動物實驗的有不少,他們探索出一系列經典記憶模型,其中一些彼此否定。蔡瑛在北師大師從薛貴教授,主要參與人類實驗。“不可能把人殺掉提取物質”,主要是給予刺激和引導,通過核磁共振觀察他們的大腦某處因活躍而亮起。
格蘭茲曼覺得自己比同類相食的蟲子那會兒已經有了巨大的進步。那時的人們知道RNA的存在但并不了解,好像蒙著眼睛做實驗,難免失敗。他這一代則受益于遺傳生物學的長足發展,已經明白RNA的工作機制和分類。格蘭茲曼認為,并非所有RNA都承擔儲存記憶工作,非編碼的那些才有此功能。
他覺得那不是一條死路,只是那時“條件不成熟”。
他希望未來能夠借助RNA找回失去的記憶。另一方面,通過逆轉喚醒記憶的過程,讓PTSD患者和其他因為壞記憶無法正常生活的人們能成功封存它們。
路還很長,格蘭茲曼需要進一步的動物實驗和培養皿觀察,確定海兔復制防御反應背后的機制。最終搞清楚這些小動物的RNA是如何攜帶和儲存記憶的。
更麻煩的是,人類大腦擁有1000億個神經元,其作用機制的復雜性與海兔不可相提并論。
迄今為止,沒有科學家能確定:記憶的本質究竟是什么。
每一年年終蔡瑛翻閱《自然》雜志,都會在世界百大未解之謎里發現這個問題。沒有被全部人公認的模型,也沒有完全統一的理論。
RNA儲存長期記憶目前仍是一個新假說。格蘭茲曼只能一步一步走。做一個少數派,他有不安,怕自己確實弄錯了。但他把這些情緒打包藏好,讓它們沉睡在RNA里——如果他是正確的話。
他如今最期待的是有更多人重復自己的實驗。如此,這個方向就能獲得更多的重視。面對5年一次的國家基金委員會審查,他才能不那么艱難地拿到錢進行下一步工作。
治療重癥似乎遙遠,他也不相信真會有人憑借這門技術轉移記憶長生不老。他甚至懷疑,當人類終于搞清楚記憶是什么時,我們的地球已經不在了,大家全體移民外星——人類對宇宙的了解似乎會比對記憶的了解更深。
“我們的大腦比黑洞復雜多了。”格蘭茲曼說,“它精巧、復雜、又脆弱。”