W当乔恩在26周时早产时，体重约为2磅，自己呼吸困难。他在孵化器里生活了两个月，最终成长为一个健康的婴儿和蹒跚学步的孩子。4岁时，他有两次癫痫发作。大约一年后，他的父母开始注意到乔恩记不起日常生活中发生的事情。他不记得看过电视，也不记得在学校发生了什么，也不记得读过什么书。乔恩的智商正常，他能读能写，在学校表现很好。他能记住事实，但不能记住过去的情节。
到乔恩19岁的时候，他到处都找不到路。他不记得熟悉的环境，也不记得他的物品存放的地方，也不记得从一个地方到另一个地方的路线。
当神经科学家使用磁共振技术检查他的大脑时，这些奇怪损伤的原因被揭示了出来。他们发现，他的海马体(位于颞叶深处的双侧大脑区域)异常地小，大约是健康海马体的一半大小。看来，他的大脑在婴儿时期缺氧，即所谓的缺氧，以及随后的抽搐，已经对这个特殊结构中的细胞造成了严重的损害，阻碍了它的生长。
为了保护个人隐私，乔恩的真实姓名并未公开。自上世纪90年代以来，乔恩一直是研究论文的主题。他的病例说明了海马体在人类生活中所起的非凡作用。它不仅能让我们建立空间的认知地图，这样我们就能记住地点和导航，还表明这些认知地图是我们过去记忆的轨迹，这被称为情景记忆。
“海马演变成空间导航，”寺庙大学心理学教授诺拉S. Newcombe解释道。“一个猜想是，在我们的进化历史中，由于其神经结构是合适的，因此在浮雕历史的某些方面被劫持。”
除了日常生存之外，空间认知和记忆对人类有着更深层次的重要性：它们告诉我们自我意识。过去的记忆就像我们身份的支柱；我们用它们来讲述我们的生活。这些故事告诉我们的行动和选择，并为想象我们可能的未来创造了一个框架。
新的研究揭示了海马体在婴儿期和儿童期是如何发育的，在这一时期，回路正在成熟，新的细胞正在激活并编码空间，以创建认知地图。事实证明，孩子们的经历——探索环境、导航空间、自我运动——会影响海马体的发育。
“这是非常令人兴奋的，因为大脑的成熟通常被认为依赖于时间和遗传程序，”纽约大学神经科学中心的研究员阿莱西奥·特拉瓦格利亚(Alessio Travaglia)说。“我们所展示的是，大脑的发展不是一个程序，而是经验。所以，如果我是纽约、沙漠或森林里的一个婴儿，我所面临的经历是不同的。”
关于这种可塑性的新闻既令人着迷，又令人担忧。与此同时，儿科医生警告说，孩子们玩耍的时间和自由越来越少，而且比以往任何时候都更久坐。
F或者说一个多世纪以来，像乔恩这样的人缺乏记忆，这给了科学家研究记忆的方法。也许科学文献中最著名的健忘症病例是H.M.，一位癫痫患者，在20世纪50年代27岁时，他切除了部分颞叶，丧失了获取和回忆情节记忆的能力。正是H.M.的案例促使科学家们将海马体确定为情景记忆的来源。
迷人地，我们每个人都像小时一样。和乔恩。谈到我们谈到我们的第一年的生命时，我们是生气的。We can’t recall events before the age of 2 and our memories are typically sketchy and unreliable until the age of 6. This strange phenomenon is called infantile amnesia, followed by a period of childhood amnesia, and its presence in humans as well as other species, from rats to primates, has been a mystery for decades.
“每个人都认为头两年很重要。但如果我们都记不住它们，它们又有什么重要性呢?坦普尔大学空间智力和学习中心的首席研究员纽科比说。“有一些答案，但如果我们不能明确回答，那就说明我们对大脑并没有真正的了解。”
每个人都认为头两年很重要。但如果我们记不住它们，为什么它们很重要？
创造“婴儿健忘症”一词的西格蒙德·弗洛伊德（Sigmund Freud）从压抑的角度对此进行了解释：大脑对成人的心理隐藏着婴儿期的欲望和情感，这可以通过心理治疗获得。随后对婴儿健忘症的解释试图揭穿他的观点，并假设儿童的长期记忆能力是通过他们的语言习得实现的。但也有一段时间患有婴儿健忘症的其他物种从未发展出语言，这让人们对这一观点产生了怀疑。
1978年，神经科学家林恩·纳德尔（Lynn Nadel）和约翰·奥基夫（John O'Keefe）出版了一本具有里程碑意义的书，名为海马体是认知地图．它提出的理论是，老鼠、人类和其他动物在大脑中海马形状的地方创造了他们周围环境的表征。这些认知地图为空间记忆、方向和导航提供了基础。值得注意的是，空间记忆系统储存了我们自传中的情节和叙述。事实上，我们的经历的记忆被注入了一个时空背景。当我们回忆起很久以前发生的事情时，我们就进行了心理时间旅行，想象过去的“地点”和“时间”。
这一理论得到了奥基夫早期发现的支持。奥基夫发现，大鼠的海马体中含有他称之为“位置细胞”的神经元，当动物处于新的或熟悉的环境时，这些神经元就会被激活。不同的位置细胞活跃于环境的不同部位，形成认知地图。这一发现将为奥基夫赢得2008年的诺贝尔奖。此后，科学家们在海马体中发现了其他用于空间记忆和导航的关键细胞。其中一些包括头部方向细胞，它的放电与我们的头部在水平面上的方向有关，还有网格细胞，当我们在环境中漫游时，它就会发射，建立一个导航的坐标系统。
这些细胞的放电是由运动、探索和对新奇熟悉环境的体验刺激的。有证据表明，环境的丰富性和复杂性会影响神经元的数量，进而影响海马体的体积。例如，1997年，研究人员发现，探索丰富环境的老鼠——纸管、筑巢材料、转动的轮子和可重新排列的塑料管——比对照组多出40000个神经元。这些额外的神经元使小鼠的海马体积增加了15%，并显著改善了它们在空间学习测试中的表现。研究人员得出结论，神经元、突触和树突数量的增加导致动物在测试中的表现增强。
Nadel说，在写作本书期间，他对海马发育故事感兴趣。与出生时相对成熟的大脑的其他部分不同，海马在不同的动物中的不同时间成熟。“我们有了海马的理论，”他说。“但是如果海马人类不起作用，那将是什么意思？短暂的答案是健而文尼亚。“Nadel的思路为他带来了一种神经生物学解释，对婴儿无嗜血症。基本上，像Jon这样的孩子不能保留记忆，因为他们缺乏完全开发的海马。
纳达尔在1984年发表了一篇论文，提出了这一假设。他与合著者斯图尔特·左拉-摩根(Stuart Zola-Morgan)提出，情景记忆只有在一个有机体的大脑能够进行位置学习之后才有可能，而婴儿健忘症是海马体对空间的记忆系统尚未出现的时期。
今天，Nadel表示，这一假设在其对婴儿事件的定义以及海马成熟过程的描述中是过于简单的。但是，发展本身及其与记忆的关系已成为过去30年来神经科学的关键。大脑是否硬连线开发空间和焦虑的内存系统，或者它必须从经验中学习？
行为神经学家凯特·杰弗里（Kate Jeffery）说：“我认为该领域仍在努力解决这些问题，我们还不能完全确定。”她在奥基夫进行博士后研究，研究海马细胞。但是，她解释说，迄今为止的研究表明了一个迷人的过程，大脑中的头向细胞首先在大脑中在线，然后是定位细胞，然后是网格细胞。因此，虽然认知地图的组成部分是哺乳动物大脑所固有的，但它似乎经历了一段获取空间知识的时期，这可能会影响海马体以后的功能。
2010年，两个不同的研究小组展示了这种现象在大鼠身上是如何发生的，他们将电极植入自由运动的、断奶前的大鼠体内，以记录海马区单个神经元的放电情况。来自挪威科技大学(Norwegian University of Science and Technology)和伦敦大学学院(University College London)的两个团队从第16天开始记录了数百个头向细胞、定位细胞和网格细胞。
研究小组发现，在幼鼠睁开眼睛几天后，在它们开始离开巢穴探索环境之前，这三种细胞类型都存在于幼鼠体内。但在这些细胞类型中，只有头部方向的细胞是完全成熟的。探索环境花了几周的时间，直到这些细胞和网格细胞变得像成年人一样。从这些数据中，研究小组得出结论，在认知地图的组成部分就位之后，空间学习将继续改善。
今天的孩子们在户外玩耍的时间明显少于前几代人。
对灵长类动物和儿童行为的综合研究为神经科学家提供了关于同样的过程如何在儿童大脑中发生的最重要线索。瑞士神经科学家Pierre Lavenex和Pamela Banta Lavenex提出，大约两岁时，海马体的CA1区域开始成熟，并对抗婴儿失忆症。CA1区域对区分长期记忆中的物体很重要。在接下来的几年中，齿状回，大脑中一个非常具有可塑性的区域，经历了神经发生——新神经元的产生——进入成年，成熟并支持新记忆的产生。
到7岁时，孩子的海马体体积和他们的情景记忆之间有很强的联系——海马体体积越大，回忆事件细节的能力就越强。这正是儿童健忘症似乎完全消失的年龄。
纳德尔说：“海马体并不是一个前一天不存在后第二天出现的结构。”。“但它的功能正在逐渐显现；正是网络的成熟以及这些部分之间的联系给了你长期的情节记忆。”
去年夏天，纽约大学(New York University)神经科学中心(Center for Neural Science)的一组研究人员发表的研究结果显示，海马体的发育对学习的影响有多大。研究小组在幼年大鼠中选择了两个不同的发育年龄，出生后第17天，大致相当于人类的2岁，出生后第24天，大致相当于6到10岁。
通过测量海马体中分子标记的水平，他们展示了环境经验如何积极地影响海马体的成熟。然后，通过增加或减少这些分子的水平，他们操纵大鼠的海马体，以加快记忆保持或延长婴儿失忆症的窗口期。
研究人员认为，当环境刺激积极地塑造大脑时，婴儿停毒剂是由于临界时期 - 一个可塑性的窗口。“关键时期是系统特别敏感 - 如果它没有得到正确的刺激，则会发育不足，”研究的作者，Travaglia说。“对于人类来说，假设是大脑在这个关键期间需要正确的刺激。这是一个用于学习内存的开发窗口。没有这种刺激，会有认知和记忆成本。“
我除了环境本身，海马体的另一个重要刺激来源可能是自我运动。2016年初，亚利桑那州立大学(Arizona State University)心理学教授阿瑟·格伦伯格(Arthur Glenberg)提出了一个假设，即当儿童开始爬和走路时，婴儿健忘症就开始消失。他和他的合著者贾斯汀·海耶斯(Justin Hayes)提出，一旦婴儿开始在空间中移动，而不是被被动地携带，大脑的位置细胞和网格细胞就会开始激活，并使自己与环境对齐，编码正在探索的空间，最终建立起情景记忆的框架。
格兰伯格在过去二十年的研究中集中于认知的体现理论，认知过程 - 意识和无意识 - 没有与身体断开的想法，如哲学家雷诺·德罗斯所建议的。相反，我们有腿，武器，眼睛，耳朵，电机系统和情感系统的事实，利于我们世界的经验和我们的思想。“对于在不考虑身体的情况下，这对认知的教师没有任何意义，”格兰伯格说。“我们不是计算机，我们是生物系统。我们没有编程，我们正在进化。我们应该考虑从其他动物的认知流动的人类认知。“
在一次关于儿童发展的会议上，格伦伯格自发地提出了身体化有助于解决婴儿健忘症之谜的观点。有有趣的证据支持他的假设。2007年，英格兰的一组研究人员发现，9个月大的婴儿开始爬行与一个戏剧性的认知飞跃有关:更灵活和复杂的记忆提取能力。研究人员还在老鼠身上发现，运动和自我运动改善了空间学习能力，并增加了神经发生。
自我运动的年龄似乎比孩子们从事探索的程度更重要；荷兰研究人员在2014年发现，到4岁时，在整个童年时期具有更大程度探索能力的儿童具有更高的空间记忆能力，并与流体智力解决问题、识别模式和逻辑呈正相关。
格伦伯格的观点没有完全解释的是，为什么在人类生命的第一年开始自我运动和6岁左右的可靠记忆之间有这么大的差距。他提出，儿童需要丰富的探索空间和构建复杂认知地图的经验，才能发展出一个功能完整的海马体记忆系统，其复杂程度接近成人。
格伦伯格说:“你10个月大的孩子知道公寓里的路，但从公寓到公园就没那么幸运了。”“发展这种复杂的细胞需要大量的经验，这些细胞足够相关，可以作为良好的记忆基质。”
我们不是计算机，我们是生物系统。我们不是程序化的，我们是进化的。
Newcombe，谁在会议上启发了Glenberg的假设，他说，在投机过程中，格兰伯格的想法将科学推动了正确的方向。对她来说，海马可塑性最具迷人的影响是这种理解如何改善残疾儿童的医疗，严重限制流动性。在关键时期，可以给孩子一个用于自动运动的装置导致稍后积极的认知技能？2012年研究显示，婴婴儿如何使用严重的电机损伤，培训是使用定制的推车在认知和语言测试上移动的定制购物车比对照组进行得分。一个7个月大的孩子，脊柱湖比维达在研究中提高了他的认知和语言技能，比他的年龄年龄大的速度大。
与前几代人相比，如今的孩子在非结构化活动和户外环境中玩耍的时间明显减少。一项研究发现，1981年至1997年间，免费游戏时间减少了近25%;另一项针对西雅图学龄前儿童的研究发现，他们一天中有70%的时间是坐着不动的。因此，尽管美国儿科学会(American Academy of Pediatrics)建议每天至少进行两小时的体育活动，但大多数孩子的运动量明显减少了。
对海马体发育、婴儿健忘症和空间认知之间关系的新见解表明，除了与肥胖和多动症等问题作斗争，孩子们需要机会去探索和构建认知地图，因为他们的认知健康——我们大脑中对时间自我感复杂负责的部分——依赖于它。大量数据显示，海马体积的减少与成瘾、创伤后应激障碍、精神分裂症和阿尔茨海默病有关。
还有诱人的证据表明，智力本身与大脑的空间认知能力交织在一起。今年9月,自然界报告了一项对5000名“数学早熟的年轻人”长达45年的研究，发现他们的专利数量和同行评议的期刊文章数量与他们的空间能力测试分数之间存在相关性。“我认为这可能是人类潜能最大的未知、未被开发的源泉，”该研究的负责人之一大卫·鲁宾斯基(David Lubinski)说自然界．
越来越多的人认为，婴儿和儿童时期的健忘症是我们的大脑准备通过经验为学习打下基础的时期。虽然我们不记得这些最早的经历，但它们塑造了我们作为人类。纽康比说:“这是理解人类思维和大脑及其发展的大事业的一部分。”“这有巨大的影响。”
奥康纳先生是本书的作者复活科学:野生动物的保护、反灭绝和不确定的未来。她目前正在写一本关于导航、空间和记忆的书。
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补充阅读
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