對記憶本質(zhì)的研究揭示了儲(chǔ)存信息的細(xì)胞是如何隨著時(shí)間的推移而穩(wěn)定的
神經(jīng)科學(xué)家展示了大腦如何提高區(qū)分相似經(jīng)歷的能力,這些發(fā)現(xiàn)可能有助于治療阿爾茨海默病和其他記憶障礙。
布法羅大學(xué)
1月19日消息
想想你在短時(shí)間內(nèi)有兩種不同但相似的經(jīng)歷。也許你在同一周內(nèi)參加了兩個(gè)節(jié)日聚會(huì),或者在工作中做了兩次演講。不久之后,你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)自己混淆了這兩次經(jīng)歷,但隨著時(shí)間的推移,這種混淆逐漸消失,你能夠更好地區(qū)分這些不同的經(jīng)歷。
布法羅大學(xué)(University at Buffalo,UB)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究揭示,這一過程發(fā)生在細(xì)胞水平上,這一發(fā)現(xiàn)對理解和治療阿爾茨海默病等記憶障礙至關(guān)重要。,研究結(jié)果近日發(fā)表在《自然-神經(jīng)科學(xué)》(Nature Neuroscience)雜志上,論文題目:“記憶鞏固過程中會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)和選擇性的記憶印跡”(Dynamic and selective engrams emerge with memory consolidation)。
研究于2024年1月19日發(fā)表在《Nature Neuroscience》(最新影響因子:25.0)雜志上
動(dòng)態(tài)印跡存儲(chǔ)記憶
這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是記憶印跡(Engrams),這是大腦中存儲(chǔ)記憶信息的神經(jīng)元細(xì)胞。“記憶印跡是被重新激活以支持回憶的神經(jīng)元,” Dheeraj S. Roy 博士說,他是這篇論文的資深作者之一,也是布法羅大學(xué)雅各布斯醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)院生理學(xué)和生物物理系的助理教授,“當(dāng)記憶印跡被破壞,你就會(huì)失憶。”
Dheeraj Roy 博士是布法羅大學(xué)雅各布斯醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)學(xué)院生理學(xué)和生物物理學(xué)系的助理教授,他是一篇新論文的資深作者,該論文解釋了記憶在細(xì)胞水平上如何發(fā)揮作用
他解釋說,在經(jīng)歷之后的幾分鐘或幾小時(shí)內(nèi),大腦需要鞏固記憶以存儲(chǔ)它。“我們想知道:在這個(gè)整合過程中發(fā)生了什么?在記憶形成和之后需要回憶這段記憶之間發(fā)生了什么?”
研究人員開發(fā)了一個(gè)從感官信息(刺激)開始的學(xué)習(xí)和記憶形成的計(jì)算模型。一旦信息到達(dá)海馬體(大腦中記憶形成的部位),不同的神經(jīng)元就會(huì)被激活,其中一些是興奮的,另一些是抑制的。
當(dāng)海馬體中的神經(jīng)元被激活時(shí),并不是所有的神經(jīng)元都會(huì)同時(shí)被激活。隨著記憶的形成,那些恰好被及時(shí)激活的神經(jīng)元會(huì)成為記憶印跡的一部分,并加強(qiáng)它們的連接,以支持未來的回憶。
Roy 解釋說:“記憶回憶過程中記憶印跡細(xì)胞的激活不是一個(gè)有或無的過程,而是通常需要達(dá)到一個(gè)閾值(即原始記憶印跡的百分比)才能有效回憶。我們的模型第一個(gè)證明了記憶印跡群體是不穩(wěn)定的:在回憶中被激活的記憶印跡細(xì)胞的數(shù)量隨著時(shí)間的推移而減少,這意味著它們本質(zhì)上是動(dòng)態(tài)的,所以下一個(gè)關(guān)鍵問題是這是否有行為后果。”
記憶辨別需要?jiǎng)討B(tài)印跡
他說:“在學(xué)習(xí)后的鞏固階段,大腦正在積極地將這兩種經(jīng)歷分開,這可能是為什么激活的記憶印跡細(xì)胞的數(shù)量隨著時(shí)間的推移而減少的原因之一。如果這是真的,這就解釋了為什么記憶辨別能力隨著時(shí)間的推移而增強(qiáng)。這就像你的記憶最初是一條高速公路,但隨著時(shí)間的推移,在幾分鐘到幾小時(shí)的鞏固期,你的大腦將它們分成兩條車道,這樣你就可以區(qū)分兩者。”
Roy 和團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)人員現(xiàn)在有了一個(gè)可測試的假設(shè),他們用小鼠進(jìn)行了一個(gè)完善的行為實(shí)驗(yàn)。小鼠被短暫地暴露在兩個(gè)不同的盒子中,這些盒子有獨(dú)特的氣味和光照條件,其中一個(gè)是中性環(huán)境,但在第二個(gè)盒子里,它們接受了輕微的足部電擊。
幾小時(shí)后,通常一直在移動(dòng)的小鼠在任何一個(gè)盒子前都表現(xiàn)出了恐懼記憶的回憶。Roy 說:“這表明它們無法區(qū)分兩者。但到了 12 小時(shí),突然之間,只有當(dāng)它們暴露在第一次體驗(yàn)時(shí)感到不舒服的盒子里時(shí),他們才會(huì)表現(xiàn)出恐懼。他們能夠區(qū)分這兩者。這些動(dòng)物告訴我們,它們知道這個(gè)盒子是可怕的,但 5 個(gè)小時(shí)前它們還做不到這一點(diǎn)。”
利用一種光敏技術(shù),當(dāng)小鼠探索盒子時(shí),研究小組能夠檢測到小鼠海馬體中活躍的神經(jīng)元。研究人員使用這種技術(shù)標(biāo)記活躍的神經(jīng)元,然后測量有多少神經(jīng)元被大腦重新激活以進(jìn)行回憶。他們還進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn),讓單個(gè)印跡細(xì)胞可以在經(jīng)歷和時(shí)間中被追蹤。“所以我可以逐字逐句地告訴你一個(gè)記憶細(xì)胞或它們的一個(gè)子集是如何在不同的時(shí)間內(nèi)對每個(gè)環(huán)境做出反應(yīng)的,并將這與它們的記憶辨別相關(guān)聯(lián),” Roy 解釋說。
該團(tuán)隊(duì)最初的計(jì)算研究預(yù)測,單個(gè)記憶中涉及的記憶印跡細(xì)胞的數(shù)量會(huì)隨著時(shí)間的推移而減少,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一點(diǎn)。
他解釋說:“當(dāng)大腦第一次學(xué)習(xí)某樣?xùn)|西時(shí),它不知道需要多少神經(jīng)元,因此需要招募更大的神經(jīng)元子集。當(dāng)大腦穩(wěn)定神經(jīng)元,鞏固記憶時(shí),它會(huì)去除不必要的神經(jīng)元,因此所需的神經(jīng)元更少,這樣做有助于分離不同記憶的印跡。"
記憶障礙是怎么回事?
這些發(fā)現(xiàn)與理解記憶障礙(如阿爾茨海默。的問題有直接關(guān)聯(lián)。Roy 解釋說,為了開發(fā)治療這種疾病的方法,了解記憶的初始形成、鞏固和激活過程中發(fā)生了什么是至關(guān)重要的。
Roy 說:“這項(xiàng)研究告訴我們,記憶功能障礙發(fā)生的一個(gè)很可能的原因是記憶形成后的早期窗口出現(xiàn)了問題,那里的記憶印跡一定在改變。”
他目前正在研究早期阿爾茨海默病的小鼠模型,以確定記憶是否正在形成,但沒有正確地穩(wěn)定下來,F(xiàn)在我們對記憶印跡如何形成和穩(wěn)定記憶有了更多的了解,研究人員可以檢查當(dāng)記憶印跡數(shù)量減少時(shí),哪些基因在動(dòng)物模型中發(fā)生了變化。
“我們可以看看小鼠模型,然后問,是否有特定的基因被改變了?如果是這樣,那么我們終于有了可以測試的東西,我們可以調(diào)節(jié)這些記憶的‘細(xì)化’或‘鞏固’過程的基因,看看這是否對提高記憶性能有作用,”他說。
Roy 現(xiàn)在在雅各布斯學(xué)院,作為麻省理工學(xué)院 (MIT) 和哈佛大學(xué)博德研究所的麥戈文研究員進(jìn)行了這項(xiàng)研究。
這篇論文的合著者來自倫敦帝國理工學(xué)院、奧地利科學(xué)技術(shù)研究所、麻省理工學(xué)院麥戈文腦研究所和中國清華大學(xué)麥戈文腦科學(xué)研究所以及生命科學(xué)中心。
創(chuàng)立于1846年的布法羅大學(xué)(紐約州立大學(xué)布法羅分校)
參考文獻(xiàn)
Source:University at Buffalo
Research into the nature of memory reveals how cells that store information are stabilized over time
Reference:
Tomé, D.F., Zhang, Y., Aida, T. et al. Dynamic and selective engrams emerge with memory consolidation. Nat Neurosci (2024). https://doi.org/10.1038/s41593-023-01551-w
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原文標(biāo)題 : 對記憶本質(zhì)的研究揭示了儲(chǔ)存信息的細(xì)胞是如何隨著時(shí)間的推移而穩(wěn)定的
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