海马体：记忆的入口与GPS

1953 年，美国康涅狄格州，一位名叫亨利·莫莱森（Henry Molaison）的 27 岁男子，因严重的癫痫发作接受了一台改变神经科学史的手术。外科医生威廉·斯科维尔（William Scoville）切除了他双侧内侧颞叶的一块组织——包括大部分海马体。手术后，癫痫症状明显好转，但代价是灾难性的：亨利从此失去了形成新记忆的能力。

他记得童年，记得手术前的旧事，却无法记住今天早饭吃了什么，无法记住刚刚和他说过话的研究员，甚至每次见面对他来说都是”初次见面”。神经科学家们给他起了一个代号——H.M.，他们用数十年时间研究他，直到他 2008 年去世。

H.M. 的悲剧，成为海马体研究最重要的起点。今天，我们知道这个形似海马的小结构，是记忆的入口、大脑的 GPS，也是压力最爱攻击的靶标之一。

目录

• H.M.：揭开海马体秘密的患者
• 海马体在哪里，长什么样？
• 记忆的入口闸门：编码与巩固
• 大脑的GPS：位置细胞与网格细胞
• 成年海马还能长出新神经元吗？
• 压力与皮质醇：海马体的天敌
• 如何保护你的海马体

H.M.：揭开海马体秘密的患者

1957 年，斯科维尔与神经心理学家布伦达·米尔纳（Brenda Milner）在《神经病学、神经外科与精神病学杂志》发表了对 H.M. 及另外九名患者的系统研究，正式记录了一个此前从未被清晰描述的现象：双侧海马区损伤可导致严重的近事记忆障碍，而患者的智力、知觉和手术前的旧记忆相对保留。^[1]

这项发现奠定了一个经典框架：海马体是记忆的”入口闸门”，而非”储藏室”。新的经历必须经过海马体处理，才有可能被稳定编码，最终部分转移至新皮层（neocortex）长期保存。

后续综述研究进一步揭示，海马体对情景记忆（episodic memory）——即那些具有时间、地点、情境细节的个人经历——的作用尤为关键，并且这种作用可能贯穿记忆的整个生命周期，而不仅限于最初编码阶段。^[14]

海马体在哪里，长什么样？

海马体（hippocampus，源自希腊语”海马”）藏在大脑颞叶内侧深处，左右各一，对称分布。从冠状切面看，它蜷曲的轮廓确实酷似海马的身形。

海马结构由几个紧密相连的区域组成：齿状回（dentate gyrus）、海马本体的 CA1–CA3 区（CA 来自拉丁语 cornu Ammonis，”阿蒙角”），以及下托（subiculum）。这些区域共同构成一条单向信息传递的”三突触回路”：内嗅皮层 → 齿状回 → CA3 → CA1 → 下托 → 内嗅皮层。

与海马体紧密相连的内嗅皮层，是来自整个大脑皮层的感觉与联合信息的汇聚点，也是网格细胞（grid cells）的所在地。^[6] 尽管体积不大，海马体却与前额叶皮层、杏仁核、丘脑和基底节有着密集的双向连接，使其成为整合认知、情绪与空间信息的关键节点。^[15]

记忆的入口闸门：编码与巩固

记忆的形成并非一蹴而就，而是分为三个阶段：编码（encoding）→ 巩固（consolidation）→ 提取（retrieval）。海马体在前两个阶段扮演核心角色。

编码：捕捉当下经历

当一段新的经历发生，来自感官、情绪与背景的多路信号汇聚于内嗅皮层，再投射进入海马体。海马体的 CA3 区有着丰富的递归连接，擅长做”模式完成”——即用部分线索还原完整记忆；而 CA1 区则负责整合不同时间点的信息，赋予记忆”时间戳”。

巩固：睡眠中的”离线复习”

记忆巩固分为两种：细胞层面的突触巩固（synaptic consolidation），在编码后数小时内完成；以及系统层面的系统巩固（systems consolidation），可历经数周至数年，逐步将记忆从海马依赖转变为皮层依赖。动物实验（大鼠）研究用即时早期基因表达追踪了这一过程，结果提示海马在近期记忆中占主导，随后更广泛皮层网络逐步接手远期表征。^[9]

巩固不只是电活动的事。动物实验（小鼠）发现，G9a/GLP 复合物介导的组蛋白 H3 第 9 位赖氨酸甲基化对空间记忆的长期巩固不可缺少——敲除这一表观遗传酶后，小鼠的远期空间记忆显著受损。^[10] 这说明记忆的稳定化需要基因表达层面的”写入”。

动物实验（大鼠）还揭示，腹侧下托（ventral subiculum）到腹侧纹状体的串行通信在学习后的离线时段对空间记忆巩固是必需的。^[7] 这说明海马体在记忆巩固中的作用，并不局限于自身，而是通过与多个下游结构的协调来实现的。

情景记忆的”空间脚手架”

近年来，一项 2025 年发表于《自然》的研究提出了一个引人注目的观点：海马体可能借助”空间脚手架（spatial scaffold）“来组织情景记忆与联想记忆。^[16] 也就是说，大脑并非用完全不同的方式处理”空间位置”和”事件记忆”，而是复用同一套编码框架——这也解释了为什么场景、情境和地点往往能强烈唤起相关记忆。

大脑的GPS：位置细胞与网格细胞

1971 年，约翰·奥基夫（John O’Keefe）在自由运动的大鼠海马体中记录到一类奇特的神经元：当动物处于某个特定空间位置时，这些细胞便大量放电；动物离开该位置，放电停止。奥基夫将其命名为位置细胞（place cells），并提出海马体充当动物的”认知地图”。^[2]

位置细胞是如何知道自己在哪里的？答案在海马体的”上游”——内嗅皮层。2005 年，迈-布里特·莫泽（May-Britt Moser）、爱德华·莫泽（Edvard Moser）及同事发现，内嗅皮层中存在另一类细胞：网格细胞（grid cells）。它们的放电位置在空间中呈规则的六边形网格排列，如同一张精密的坐标纸，为位置细胞提供度量空间的”原始坐标”。^[6]

奥基夫与莫泽夫妇因上述发现共同获得了 2014 年诺贝尔生理学或医学奖。

出租车司机的海马体

如果海马体真的是导航中心，那长年与空间打交道的人，海马体会有变化吗？2000 年，伦敦大学学院的艾莉诺·马奎尔（Eleanor Maguire）团队对伦敦出租车司机进行了 MRI 研究——伦敦街道路网极其复杂，司机们需要记忆超过 25,000 条街道，通过严格的”知识测验”方可上岗。

结果显示：与对照组相比，出租车司机的后海马体积更大，且与从业年限正相关。^[5] 这项研究有力说明，持续的空间导航训练可以塑造海马体的结构——大脑并非一成不变，而是随经历不断重塑。

这种空间编码能力并非天生即有。动物发育神经科学研究（大鼠）发现，位置细胞在出生后并非一次性成熟，而是存在”早期”和”晚期”两个阶段的构建过程，说明空间编码系统是逐步精细化的。^[12]

成年海马还能长出新神经元吗？

很长一段时间，神经科学的教条之一是：成年人的大脑不再生长新的神经元。1998 年，一项人体组织学研究打破了这个信念。研究者在因癌症接受治疗的成人患者脑组织中，用 BrdU（一种 DNA 合成标记物）标记发现：成人海马齿状回中存在正在增殖的新生神经元。^[3]

这一现象被称为成人海马神经发生（adult hippocampal neurogenesis，AHN）。综述研究证实，齿状回的新生神经元参与模式分离（pattern separation）——即将相似的记忆彼此区分开来——以及认知灵活性和情绪调节。^[17][18]

然而，成人海马神经发生在人类中的规模仍存在争议。部分研究因组织保存方式不同而得出截然相反的结论。2021 年的一篇综述系统梳理了现有形态学与分子证据，认为成年人类海马确实保留一定的神经发生能力，但受到技术条件的显著影响。^[19] 目前学界的主流倾向是：人类成年神经发生真实存在，但可能比啮齿类动物规模小得多。

压力与皮质醇：海马体的天敌

海马体富含糖皮质激素受体（glucocorticoid receptors），对压力激素皮质醇（cortisol）高度敏感。这种敏感性让海马体能够在紧急情况下被”激活”，增强对威胁相关记忆的编码——但长期的高皮质醇，则会对它造成损伤。

急性与慢性压力对海马的影响并不相同。综述研究指出：适度的短暂应激可以增强部分编码过程，而慢性高应激则往往损害海马结构与记忆提取功能，皮质醇是其中的关键介质。^[20]

压力的危害不仅仅是”让记忆变差”，还会改变记忆的使用方式。一项人体实验研究发现，压力诱导的皮质醇升高会削弱记忆泛化（memory generalization）能力——即从具体经历中提炼出普遍规律的能力——提示压力可能改变海马与其他记忆系统的协调方式。^[21]

在细胞机制层面，动物实验（小鼠）显示，糖皮质激素可以诱导突触缺陷，而 BNIP3L/NIX 介导的线粒体自噬（mitophagy）具有保护性作用，能对抗激素诱导的突触损伤。^[22] 这为”应激激素损害海马突触”提供了更具体的细胞机制。

如何保护你的海马体

综合现有证据，以下几类干预措施与海马体健康最为相关。需要指出的是，目前多数证据来自动物实验或观察性研究，直接因果关系在人类中仍需更多验证。

保证睡眠质量

NREM 睡眠期间的海马慢频电活动对记忆巩固至关重要。^[8] 睡眠不足或碎片化睡眠会干扰这一过程，影响白天所学内容的转化与稳定。规律的睡眠时间与良好的睡眠卫生，是目前证据最充分的记忆保护措施之一。

进行有氧运动与空间探索

伦敦出租车司机研究表明，持续的空间导航训练可以增大后海马体积。^[5] 在动物实验中，有氧运动（尤其是自主跑轮）是迄今促进成年海马神经发生效果最稳健的干预手段之一，新生神经元对认知灵活性的维持有重要贡献。^[18]

管理慢性压力

长期高皮质醇与海马萎缩直接相关。^[4] 减少慢性应激暴露、练习正念冥想或其他已知能降低皮质醇的方法，在原理上有助于保护海马体结构。

重视学后的”离线时间”

记忆巩固需要学习后的休息和睡眠。动物实验提示，学习后腹侧下托到腹侧纹状体的离线通信对空间记忆巩固至关重要。^[7] 学习一项新内容后，给大脑一段”安静时间”，可能比立即转向下一件事更有利于记忆留存。