记忆存储并不需要突触强化！ 诺奖得主PNAS发表颠覆性发现
2017-10-25 生物探索 生物探索
过去，我们一直认为，存储信息依赖于记忆细胞之间的突触连接增强效应。现在，最新一篇发表在PNAS上的文章却颠覆了这一传统认知：记忆存储并不需要突触强化。相反，在事件发生后的最初几分钟内，记忆细胞之间的连接模式就足以存储一段记忆了，且存储记忆有另外一种模式！记忆是一个复杂过程，涉及3个基本步骤：识记（大脑对事件进行编码）、保持（存储编码信息）和回忆（对记忆进行提取、再现）。这一最新研究关注的是记忆存储
过去，我们一直认为，存储信息依赖于记忆细胞之间的突触连接增强效应。现在，最新一篇发表在PNAS上的文章却颠覆了这一传统认知：记忆存储并不需要突触强化。相反，在事件发生后的最初几分钟内，记忆细胞之间的连接模式就足以存储一段记忆了，且存储记忆有另外一种模式！
记忆是一个复杂过程，涉及3个基本步骤：识记（大脑对事件进行编码）、保持（存储编码信息）和回忆（对记忆进行提取、再现）。这一最新研究关注的是记忆存储这一关键环节，由知名教授利根川进（Susumu Tonegawa）及其团队完成。利根川进曾因“发现抗体多样性的遗传学原理”而获得诺贝尔生理学或医学奖，现任职于麻省理工学院，并担任RIKEN-MIT中心神经回路遗传学主任一职。
1光遗传学技术重唤“遗失的记忆”
2015年，利根川进和团队证实，利用光遗传学（optogenetics）技术可以重新换回“遗失”的记忆。他们发现，因为外伤性损伤、压力或者阿尔兹海默症等神经类疾病而造成的逆行性失忆，并不意味着记忆存储失效。相反，记忆依然存储在大脑深处，但是提取、回忆过程出现了障碍。
研究人员将参与记忆存储的神经元称为“记忆痕迹细胞”（ memory engram cells）。在以阿尔兹海默症小鼠为模型的研究中，他们发现，虽然小鼠在回忆方面有困难，但是记忆依然存在，且能够借助光遗传学“重新找回”。
随后，利根川进团队又开展了一项“记忆系统巩固”的研究，在海马体和前额叶皮层中发现了编码相同记忆的“痕迹细胞”。然而，在记忆被编码后的前两周内，位于前额皮质的痕迹细胞处于沉默状态，而海马区的痕迹细胞则比较活跃。随着时间的推移，前额皮质区域的痕迹细胞会转向活跃，而海马区细胞则慢慢变得沉默。
2沉默的记忆可以在大脑保留至少一周
现在，在这一篇最新的PNAS文章中，研究人员进一步揭示了这些沉默痕迹形成的细节，以及它们持续的时间、被重新激活的条件。
他们训练试验小鼠，借助轻微的足部电击让它们恐惧被放置于特定的笼子中。经过一段时间的训练，当再次把小鼠放置于笼子里，它们会因为害怕的记忆而静止不动。训练过程中，小鼠的记忆细胞会被标记上一种光敏蛋白，这种蛋白质可以让细胞在光照的刺激下重新激活。此外，研究人员会在训练发生后立即抑制一部分小鼠细胞蛋白的表达。
他们发现，在训练结束后，当小鼠重新返回笼子时，它们不会表现出害怕。但是，当小鼠的记忆细胞被激光激活后，它们会重新因为害怕而四肢僵硬。这些沉默的记忆能够在训练后的8天内被激光“唤醒”。
这意味着，即便记忆不能正常被检索，它们依然会在大脑存在至少一周，并且能够通过刺激突触形成而重新找回来。
3记忆存储的新机制
基于这些研究，Tonegawa提出了新的假说——负责记忆编码的突触强化，对后期的记忆长期存储并不必须。相反，Tonegawa认为，痕迹细胞之间特定的连接模式能够存储记忆。而且，在记忆编码过程中，这些连接会快速形成，且路径不同于突触增强。
研究团队还试图通过上调PAK1蛋白（促进突触形成），重新激活“沉默的痕迹细胞”。他们发现，这一策略在事件发生后两天进行，能够促进痕迹细胞之间生成新的突触。治疗几天后，小鼠将再次能够记忆、回忆，且能力与正常小鼠无异。
“这一研究揭示，记忆痕迹细胞以特定的连接模式实现特定的记忆存储。这个发现是颠覆性的，因为过去的教科书认为记忆通过突触强化实现存储。” Susumu Tonegawa教授强调道。
参考资料：1) Neuroscientists build case for new theory of memory formation
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