你相信时空旅行吗？每当回忆过去或想象未来将要发生的事情时，我们就是在心理上进行时空旅行。科学家们发现：无论是在回望过去还是展望未来，大脑中某些相同的区域都会被激活。其中一个区域是海马，这是一个以建立长时记忆而闻名的大脑结构。海马的损伤会导致记忆问题，而且也会损害想象未来的能力。这之间的联系表明：记忆、计划和决策可能是紧密相关的。记忆的能力使我们能够回忆过去，但这一能力也在进化，使我们能够思考和计划未来。
试着想象把乒乓球扔出去，使它飞一小段距离，完全停下来，然后改变方向，你要怎么做？你可以把球向上抛，剩下的就交给地心引力。是的，这是一个简单的解决方案。如果你没有立即弄明白，不要担心，很多人都没有。
有些人认为人们之所以难以解开这个谜，是因为我们能够想象到的情景受到我们过去在这个世界上经历的限制。我们习惯了看乒乓球水平移动，所以当在脑海中看到这个球时，很难想象它会垂直地飞向天空，因为我们很少会看到乒乓球在空中上下飞。在这篇文章中，我们将描述记忆和想象之间关系的科学证据，并讨论为什么这种关系在行为的许多方面都会发挥作用。
01
不记得过去的病人无法想象未来
科学家们发现想象和思考未来与记忆过去涉及到许多相同的大脑区域[1,3]，其中一个是海马，位于大脑内侧颞叶深处(大约在耳朵后面；见图1)。众所周知，海马在建立对事件的持久记忆方面起着至关重要的作用，但它并不是单独起作用的。在健康的大脑中，海马与其他大脑区域协同工作，以存储和检索长时记忆。海马受损的患者通常会患上顺行性遗忘症：他们往往会忘记大脑受损后发生在他们身上的事情，但通常能记住大脑受损前发生的事情。
有趣的是，许多失忆症患者也很难想象未来的事情[2,4]。例如，当要求一个失忆症患者描述他明天要做什么时，他不知道说什么。他报告说当他试图思考未来时，他感到“茫然”或“像睡着了一样”[5]。
几年前，来自英国的一组科学家考察了想象是否需要海马的功能[4]。他们让一些失忆症患者想象并描述10种可能的场景，比如躺在沙滩上或站在博物馆的大厅里。研究人员计算了病人描述中包含的细节数量，并将其与一组没有海马损伤的健康人进行了比较。结果很有趣：健康组对想象事件的描述非常生动，而失忆症患者几乎做不到，描述的细节也少得多(见图2A)。这些发现表明：海马的损伤不仅会损害记忆，还会损害想象力。
图1. 人类和鼠大脑中的海马
海马是位于内侧颞叶的海马状大脑区域，以其建立持久记忆的作用而闻名。
02
在回忆过去和想象未来时活跃的脑区
海马对健康人的想象力也有帮助吗？另一组科学家使用功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)技术来考察这个问题[6]。fMRI可以用来测量一个心理任务中特定大脑区域的活动。研究人员使用fMRI来测量一组健康人在回忆过去的事件(例如，去年的生日)或者想象从未经历过的未来事件(例如，明年去法国旅行)时的大脑活动。科学家们发现对这些过去和未来事件的描述包含了相似数量的细节，思考这两个事件也激活了一个类似的大脑区域网络，尤其是海马。这些发现表明：海马与大脑的其他区域共同作用，使我们能够记住过去并想象未来(见图2B)。
图2. (A)与健康人相比，大多数海马受损的患者描述想象事件的细节较少。值得注意的是，有一个做得很好的病人是因为仍然有一些海马组织可以帮助他。体验指数(Experiential index)是衡量想象体验整体丰富程度的综合分数。(B)功能磁共振成像对健康个体的研究发现：大脑区域的核心网络在记忆过去和思考未来中都起着作用。
03
老鼠用过去的记忆对未来做决定
还有一些研究人员通过研究不同的动物来探究同样的问题。通过动物研究，科学家们可以通过植入大脑的电极来测量单个脑细胞(称为神经元)的电活动。例如，通过对老鼠的研究，我们发现老鼠海马中的某些神经元(我们称之为“位置细胞”)在老鼠对特定位置的记忆中起作用。当老鼠在迷宫中移动以及探索迷宫完成后，科学家们记录了这些位置细胞的活动模式。他们发现当老鼠休息或睡觉时，一些位置细胞的活动模式会重复。这一发现被描述为这些位置记忆的“回放”，看起来这些神经元好像在练习早期的迷宫导航。
有趣的是，当老鼠考虑如何到达迷宫中的某个地方时，这些记忆也会被重新激活。在一项研究中，老鼠被置于迷宫中，它们可以在迷宫的左边或右边得到奖赏(例如，食物或果汁)。当老鼠听到提示奖赏位置的声音时，它们必须决定是向左转还是向右转。和之前的实验一样，科学家们首先记录了老鼠自由活动时海马的神经活动模式，记录下迷宫中每个位置上“位置细胞”的活动。通过这些信息，科学家们发现当老鼠面临转向哪个方向的决定时，海马中的神经元会“重播”与向左转或向右转有关的活动模式，就好像大脑在做出决定之前会评估这两种选择。这些发现表明：海马会回忆过去的经历，以帮助评估未来的选择[7]。
你可以从这些研究中看到当思考未来并做出决定时，我们对过去经历的记忆起着重要作用。也许我们进化到拥有记忆，不仅是为了缅怀过去，也是为了帮助我们预测未来，在当下做出更好的决定。
许多科学家现在认为海马在把经历联系起来方面起着作用。回想一下你在学校的第一天，你可能会想到学校的外观、周围的人、你的感觉等等。这些片段在海马的帮助下结合在一起，创造出整个记忆。同样地，想象一下你在大学的第一天，你可以把过去的经历拼凑起来，在脑海中创造一个还没有经历过的新情境。这种穿越过去和未来的思维能力在做决定时特别有用。
通过回忆过去的经历或者结合记忆在我们的脑海中形成新的情境，海马(在其他大脑区域的帮助下)可以为大脑提供潜在的选择去尝试。就像老鼠在迷宫中穿行一样，我们也可以利用自己的记忆做出更好的决定。当你处在一个十字路口，无论是决定去哪个派对，还是去哪个高中，你可以想象每一个选择，这种心理模拟可以帮助你评估它的感觉，以及评估每一个选择可能如何帮助你实现目标。
总 结
当我们提起记忆，我们通常会想到过去。事实上，一个多世纪以来，记忆的研究人员一直关注人和动物如何储存和回忆过去的经历，以及哪些大脑结构支持这些功能。最近的发现表明：当人们想象未来事件时，负责记忆的大脑区域海马是活跃的。此外，在健忘症患者中，海马的损伤损害了他们想象未来的能力。此外，当老鼠在它们所处的环境中导航时，海马中的神经元会“模拟”未来的路径，使它们能够达到预期的结果。总之，这些发现表明海马和它与其他大脑区域的连接建立在过去的经验上，对未来事件做出预测。早在这些科学发现之前，英国首相温斯顿·丘吉尔(Winston Churchill)似乎也相信集体记忆决定了一个民族的未来，他说：“一个忘记过去的民族没有未来”。
海马(Hippocampus)：位于内侧颞叶的大脑结构。
顺行性遗忘(Anterograde Amnesia)：在导致遗忘的事件发生后，失去建立新记忆的能力。
功能性磁共振成像(Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)：一种用于测量在心理活动中特定大脑区域活动的技术。
定位细胞(Place Cells)：海马中代表空间位置的特定神经元。
重放(Replay)：神经活动模式的重新激活，通常在睡眠或休息时出现。
[1] Ansburg, P. I., and Dominowski, R. I. 2000. Promoting insightful problem solving. J. Creat. Behav. 34:30–60.
[2] Buckner, R. 2010. The role of the hippocampus in prediction and imagination. Annu. Rev. Psychol. 61:27–48.
[3] Schacter, D. L., Addis, D. R., and Buckner, R. L. 2007. Remembering the past to imagine the future: the prospective brain. Nat. Rev. Neurosci. 8:657–61.
[4] Hassabis, D., Kumaran, D., Vann, S. D., and Maguire, E. A. 2007. Patients with hippocampal amnesia cannot imagine new experiences. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104:1726–31.
[5] Tulving, E. 1985. Memory and consciousness. Can. Psychol. Can. 26:1.
[6] Addis, D. R., Wong, A. T., and Schacter, D. L. 2007. Remembering the past and imagining the future: common and distinct neural substrates during event construction and elaboration. Neuropsychologia 45:1363–77.
[7] Johnson, A., and Redish, A. D. 2007. Neural ensembles in CA3 transiently encode paths forward of the animal at a decision point. J. Neurosci. 27:12176–89.
Biderman N and Shohamy D (2020) Time Travel in the Brain. Front. Young Minds. 8:152.
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