文｜Jordana Cepelewicz

譯｜Mumu Dylan 

　　人類總是在精神世界和物質世界之間經歷著一種奇異又深刻的聯繫，尤其在記憶方面。我們擅長記住地標和場景，如果我們把記憶放在一個語境或情境中，重現記憶就會變得更容易。為了記住長時間的演講，古希臘和古羅馬演說家會想像自己漫遊在「記憶宮殿」裡，現代記憶大賽的冠軍仍使用這種方法來「放置」長串的數字、名字和其他資訊。

　　大腦海馬狀的結構「海馬迴」對記憶和定位功能至關重要，研究證據表明，相同的編碼模式（基於網格的表現形式）可能是這兩種功能的基礎。最近的研究發現促使科學家提出，這種編碼模式或許能幫助我們找到其他類型的資訊，包括視覺、聲音和抽象概念。更激進的科學家則大膽提出，這些網格編碼可能是理解大腦如何處理一般知識、知覺和記憶等所有細節的關鍵。

　　1953年9月1日，27歲的亨利‧莫萊森（Henry Molaison）為了治療癲癇進行了一次冒險的實驗性手術。神經外科醫生從他大腦深處移除了海馬迴及其周圍組織，雖然這樣能緩解癲癇症狀，卻意外造成他的記憶永久缺失。半個多世紀後亨利‧莫萊森去世，但在這半個多世紀的時間裡，他都無法對新記憶進行編碼（產生新的記憶），無論是早餐吃什麼、最近的新聞頭條，還是幾分鐘前剛認識的陌生人，他通通都記不住。

　　莫萊森的悲劇徹底改變了科學家對於海馬迴在大腦組織記憶過程的理解。多年後，另一場以海馬迴為主的革命發生，並為其研究先驅贏得了諾貝爾獎：這得益於兩種細胞的發現，科學家相信大腦海馬迴區域的基本功能不僅包括記憶，還包括空間定位和二維空間的表達。

　　科學家於1971年發現第一種細胞：「定位細胞」，這種細胞能發出訊號指引一個人目前的位置。倫敦大學學院的神經學家約翰‧奧基夫（John O’Keefe）和同事監控籠子裡自由活動的老鼠大腦活動，發現大腦中的不同神經元只有在老鼠到達籠子特定位置時才會啟動，這些發現表明海馬迴看起來具有尋找空間和認知地圖線索的能力。

　　挪威科技大學科學家梅－布里特‧莫澤（May-Britt Moser）和愛德華‧莫澤（Edvard Moser）則把研究重心轉移至海馬迴旁邊的內嗅皮層。這個區域是海馬迴重要的訊息來源，也是阿茲海默症患者大腦最先惡化的區域之一。科學家在這裡發現了所謂的「網格細胞」，並認為這裡很可能是大腦負責繪製「認知地圖」的區塊。

　　網格細胞跟定位細胞不同，它並不傳達特定位置。相反地，它自己形成一個獨立的座標系統，因此它通常被稱為「大腦的GPS」。網格細胞網路構建出一種比定位細胞更深層的空間感。雖然定位細胞提供很好的定位方法，但它只能在具有外部空間地標和其他有意義的位置時才能提供空間資訊。當沒有這些外部線索時，網格細胞則提供更厲害的定位方法。事實上，科學家認為網格細胞負責所謂的「路徑整合」，例如一個矇住眼睛的人可以推測自己在空間裡的相對位置——從某個起點走多遠，以及往哪個方向走。

　　類似的原理也指引大腦編碼時間，海馬迴包含的定位細胞在某些情況下表現得像「時間細胞」，它被啟動來傳達時間上的連續時刻（而不是空間上的連續位置）。例如實驗鼠在特製的迷宮奔跑，其中一段迷宮老鼠必須在輪子或跑步機上原地跑幾秒鐘，然後才能繼續前進。科學家發現，當老鼠原地奔跑時雖然沒有離開實際位置，但海馬迴內的細胞也會啟動來追蹤牠們運動的時間過程。科學家表示，這個發現「把不同維度的時間也帶進理論之中」。

　　同樣的原理也可以用來瞭解疾病和其他病理狀態。研究老齡化的認知神經學家湯瑪斯‧沃爾柏（Thomas Wolbers）在最近發表的論文中，研究了老年人空間導航的網格編碼如何產生變化。他們發現，老年人的訊號穩定性比較差，網格會在不同方向之間波動，而網格不穩定的人在矇住眼睛被引導行走時，也更不善於推測自己的相對位置。沃爾伯認為，如果網格編碼同時被用來處理多種資訊和記憶，那麼空間網格系統的退化可能也對記憶和其他認知領域的穩定性產生更廣泛影響。

　　還有研究者還提出更大膽的說法，人工智慧公司「Numenta」創辦人傑夫‧霍金斯（Jeff Hawkins）假設：「大腦皮質不單只是處理感官輸入，而是處理後將其應用於某個位置。」例如我們閉上眼睛用手握住一個不明物體（假設是咖啡杯），相對於杯子本身，大腦接收的是所有接觸杯子表面位置的資訊，而每個表面位置都產生獨立的模型，並描述你可能接觸到的東西。然後，這些模型相互參照再得出結論：這個物體確實是咖啡杯。

　　霍金斯認為同樣的邏輯適用在任何具有結構框架的事物上，他說：「我們所做的一切：計劃、數學、物理、語言都基於同樣的原則。我認為我們身處在一個轉折點上，我們很快會有新的範本來理解大腦的運作模式。」雖然霍金斯的假設引起許多科學家的興趣，但他們仍懷疑在海馬迴周圍之外是否還能找到其他網格細胞，並認為霍金斯的團隊要證明假設還有很長的路要走。

　　不過，如果網格系統真的是通用框架，那科學家就能模仿它來構建更靈活、更有創意、更通用也更強大的機器。科學家目前正持續探索海馬迴在各種不同環境下的活動，期望最終將其記憶與定位功能結合運用。

參考報導：Quanta