《Nature》给老鼠做了记忆手术以后……

　　大脑内某个被经常忽视的卵形结构，曾经一直被认为只是思维传导的“继电器”，5月3日，Nature和其子刊Nature Neuroscience同期报道了3篇有关丘脑（thalamus）的文章，颠覆了人们对高等动物丘脑的认识。

　　这三篇由美国国立卫生研究院（NIH）共同资助的报道表明，丘脑掌管着分辨事物和把持思维记忆的能力。

　　通过操纵丘脑神经元的活动，科学家们竟然可以控制动物记忆如何找到奖励食物的能力。研究人员说，未来我们可能通过干预丘脑活动，来治疗包括认知障碍和精神分裂的精神疾病。

　　“如果把大脑比作管弦乐队，我们的结果表明，丘脑很可能就是一名指挥，”纽约大学Langone医学中心的Michael Halassa博士说。

　　三个独立研究分别由Halassa（丘脑能通过放大皮质层连通性维持注意的维持，Nature），Christoph Kellendonk博士（丘脑投射维持处于工作记忆状态下的前额活动，Nature Neuroscience）和Karel Svoboda博士（前额丘脑皮层环路持续活动的状态保持，Nature）领导。

　　现今普遍认为的丘脑起“继电器”作用的观点，是建立在“它与大脑感官输入区域连接”的基础上。但是，丘脑与大脑其他部分其实是有许多联系的，并且这些联系仍有待探索。

　　两个小组（Halassa和Kellendonk）研究了电路的丘脑中上部与前额皮质（prefrontal cortex，PFC）关联的神经电路。

　　PFC是大脑的思维和决策中心。脑成像研究发现，在精神分裂患者中，这部分神经电路的连接显著减少，并且患者经常出现工作记忆障碍。

　　使用光遗传学手段抑制丘脑神经元活动后，小鼠丧失了正确选择暗门的能力，相反，增强刺激丘脑神经元后，小鼠的工作记忆任务完成的更好了。

　　Halassa和同事们让老鼠记忆有关类别区分的信息，这些信息能暗示老鼠哪扇暗门后隐藏着奖励的牛奶。同时检测老鼠的神经活动。在过去，我们只知晓丘脑大致的结构和功能，Halassa研究组的研究特化了它的具体功能是帮助工作记忆信息的保存。

　　丘脑帮助保存的是什么样的信息？研究人员在PFC中发现了一组神经元，这些神经元能储存如选择正确暗门这类信息。他们证明丘脑并没有（至少在本研究中）控制或者转换这类信息，反而通过提高与PFC内这组神经元的同步活动（或功能连接），开始放大PFC中有助于记忆保存的重要信息。

　　Kellendonk课题组在测试老鼠在迷宫中找牛奶的能力时，看到了类似的结果。动物记忆获得奖励前的所有转向（向左或向右）时，会出现一个短暂的停顿。也是利用光遗传学手段，Gordan研究了PFC神经元中的另外一个亚群——大脑的记忆中心“海马（hippocampus）”。

　　当动物停顿下来检索记忆时，大脑内部发生了什么？答案是，在这段短暂的延迟时间里，丘脑通过稳定的活动，向PFC输入了维持工作记忆的指令。从PFC传回丘脑的“自上而下”的信号支持了记忆检索功能，并指导动物采取行动。同时，海马也需要向PFC神经元输入奖励所在位置的相关信息。

　　“令人惊讶的是，我们发现了PFC的两个独立的神经元群体。一个用于编码空间位置，同时需要海马向该区域输入相关信息，另一个是用于内存维护，需要丘脑向该区域输入指令，”Kellendonk说。“这是一项具有转化意义的结果，有关这一电路出错导致工作记忆不足的进一步研究，可提高精神分裂症的诊断方法，并提出更具针对性的治疗方法。”

　　Svoboda小组的研究结果表明，丘脑通过与皮质（cortex）进行双向互动，在维持短期记忆中扮演重要角色。当处于路口时，老鼠需要停顿几秒钟，才能选择正确的方向。此时，研究小组发现，丘脑与运动皮质层的一部分发生了互动。神经元电监视显示，这两个结构都出现了明显的活动，表明是它们的共同作用，使皮质层内的有关方向的信息得到了维持。光遗传探针指示，这两部分的对话是双向的，皮层活动依赖于丘脑，反之亦然。也就是说，皮质电路无法独立工作，它需要其他多个大脑区域的相互参与，这其中也包括关键枢纽——丘脑。

　　简单来说，小鼠模型的实验结果表明，丘脑对哺乳动物的“认路”功能具有重要影响。不仅如此，其他类似的短期记忆功能也与它有着千丝万缕的联系。试想，这部分区域被有效激活和训练后，很多与记忆障碍相关的难题将迎刃而解。