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戴上一顶非常精密的“仪器帽”,就能在电脑显示屏上清楚地“读”出你在想什么……这种科幻片中常常出现的情景,在华东师范大学脑功能基因组学研究所上演,不过,戴“帽子”的是灰色小老鼠。
小鼠头上戴了一个特殊的“帽子”,这是研究小组研制出的世界上最轻巧的精细微电极推进器,96根比头发丝细得多的微电极就插入小鼠大脑的海马区域,这里是形成长久记忆的关键区域。这些微电极能够记录到小鼠260个脑神经元的活动情况,并将其显示在电脑屏幕上。
然后,科学家设置了三个恐怖情节。一是“月黑风高夜”,就是在特定环境中给小鼠背部突然吹一股冷风,让它毛骨悚然;二是“电梯失控下坠”,就是把小鼠放在特制的小电梯中,做自由落体下降,猛然着地;三是“地震刺激”,小鼠被放在特制的小电梯中,然后电梯突然猛烈左右摇晃。由于这些经历能够产生令人难忘的记忆,研究者猜想大脑中会有许多神经元参与这些记忆的编码,因此他们希望通过巧妙的实验设计与新记录技术的结合,来探索和破译大脑编码的奥秘。
科学家们发现,小鼠每次经历“险境”时,在海马区域的许多神经元对这种惊吓刺激有着各式各样的放电反应。而且,研究人员发现,一小撮神经元能够组成记忆编码的神经网络单元,对于相同的刺激,这一小撮神经元的反应基本相同;而对于另一些刺激,这一小撮神经元可能毫无反应。
科学家们通过这些编码单元的激活与否,把每一种惊吓经历转化成一串二进制数字,这种数字化的编码互动式使得科学家们能够对不同的个体乃至不同种群动物的大脑编码活动进行直接比较和分析。在分析了大量的神经元的活动情况之后,他们现在已经可以根据小鼠神经元的情况,反推出当时小鼠是受到了哪种惊吓刺激,正确率100%。
虽然目前该研究的实验对象只是小鼠,但是,这为人类最终破解大脑的记忆密码提供了一把钥匙。因为人脑和鼠脑乃至世界上大多数哺乳动物大脑的“海马”所用的编码方式都是一样的,因此,人的大脑很可能利用同样的原理来完成记忆之外的其他高级认知功能。但是,真正实现这一目标还有很大的难度。首先,人类大脑有140亿个神经元,目前最先进的仪器也只能读到小鼠的260个神经元,所以要研发一种能够监控140亿个神经元的“帽子”难度非常大。其次,这个“帽子”要戴到脑子里面去,给人的大脑插上电极还有伦理和实际操作方面的困难。
实验现场,能听到小鼠的思考“咔嗒咔嗒——”这不是小闹钟的秒针走过的声音,而是一只灰色的小老鼠“思考”的声音。这只小鼠正在自己的“窝”里玩玩具——几个特制的汽车、娃娃。从显示器上看,它的大脑神经元活动很平静,“咔嗒咔嗒”的神经元活动声也很均匀。
科学家们坦言,目前,他们也没有完全读懂小鼠的心思,只有几种特定的惊吓情况能够读懂,而一些平和的情绪还有待研究。
(选自《科学大观园》,有删改)
【小题1】下列有关小鼠“编码单元”的表述,不符合原文意思的一项是
| A.小鼠大脑中会有许多神经元参与这些记忆的编码。 |
| B.小鼠的海马区域的许多神经元对受到的惊吓刺激产生各种放电反应。 |
| C.小鼠的一小撮神经元组成记忆编码的神经网络单元。 |
| D.小鼠对于外界刺激在其同一小撮神经元中表现出来相同的反应。 |
【小题2】下列表述,不符合原文意思的一项是
| A.科学家在小鼠头上戴的一顶精密的“仪器帽”,实际上就是测定小鼠脑神经元活动情况的精细微电极推进器。 |
| B.小鼠神经元对于外界相同的刺激的反应是基本相同的,而对于外界的另一些刺激,则会有不同的反应。 |
| C.研究发现,形成小鼠长久记忆的关键区域,应该是它们大脑的海马区域,这个区域里有260个脑神经元。 |
| D.数字化的编码有助于科学家们对不同个体乃至不同种群动物的大脑编码活动进行直接的比较和分析。 |
【小题3】下列对原文内容的理解与分析,正确的一项是
| A.科学家设置了三个恐怖情节,目的是通过测试小鼠脑神经元的活动情况,进而探索和破译小鼠大脑记忆编码的奥秘。 |
| B.目前大脑思维的推断和记忆密码的破译研究的实验对象主要是小鼠,也逐步迈入了人类大脑记忆密码的最终破解的关键研究阶段。 |
| C.目前世界上最先进的仪器也只能读到小鼠的260个神经元,所以要研发一种能够监控人类大脑140亿个神经元的“帽子”是绝对不可能的。 |
| D.通过实验,科学家们能够在显示器上看到并掌握小鼠的神经元活动情况,从而读懂小鼠的各种心思。 |