发布时间:2019-09-11 14:09 原文链接: Science重磅:揭示记忆是如何形成和消退的

为什么你能记住多年未见的儿时好友的名字,却很容易忘记刚刚认识的人的名字?换句话说,为什么有些记忆在几十年里保持稳定,而另一些却在几分钟内消失?

通过使用老鼠模型,加州理工学院的研究人员现在确定,强大、稳定的记忆是由神经元"团队"同步激活编码的,提供了冗余,使这些记忆能够持续一段时间。这项研究对于理解大脑损伤后,如中风或阿尔茨海默氏症(Alzheimer's disease),记忆可能会受到怎样的影响具有重要意义。

这项研究是在生物学研究教授Carlos Lois的实验室里完成的,并发表近日出版的《科学》杂志上。Lois还是加州理工大学天桥神经科学研究所和Chrissy Chen神经科学研究所的兼职教员。


图片来源:Caltech

在博士后Walter Gonzalez的带领下,研究小组开发了一项测试,以检测老鼠在学习和记忆一个新地方时的神经活动。在实验中,一只老鼠被放置在一个直的笼子里,大约5英尺长,有白色的墙。独特的符号沿着墙壁标记了不同的位置--例如,最右端附近的加号和靠近中心的斜线。糖水(老鼠的食物)被放在跑道的两端。在老鼠探索的过程中,研究人员测量了老鼠海马(大脑中形成新记忆的区域)中特定神经元的活动,已知这些神经元负责编码位置相关的信息。

当一只动物最初被放置在跑道上时,它不知道该做什么,它左右游荡,直到遇到糖水。在这些情况下,当老鼠注意到墙上的一个符号时,单个神经元被激活。但在多次体验之后,老鼠对这条轨迹变得熟悉起来,并记住了糖的位置。随着老鼠变得越来越熟悉,越来越多的神经元被看到墙上的每个符号而同步激活。从本质上讲,老鼠是根据每一个独特的符号来识别自己的位置的。

为了研究记忆是如何随着时间的推移而消失的,研究人员让这些老鼠在长达20天的时间里远离记忆轨迹。休息之后,当老鼠回到轨道上时,那些已经形成了由更多神经元编码的强大记忆的老鼠很快就记住了任务。虽然有些神经元表现出不同的活动,但当分析大群神经元的活动时,老鼠对轨迹的记忆是可以清楚地识别出来的。换句话说,使用一组神经元使大脑有记忆,即使一些原始神经元停止活动或受损,仍能回忆起记忆。

Gonzalez解释说:"想象一下,你有一个漫长而复杂的故事要讲。为了保存这个故事,你可以把它告诉你的五个朋友,然后偶尔和他们聚在一起,重新讲述这个故事,互相帮助,填补一个人忘记的空白。此外,每次你重新讲述这个故事,你可以带新的朋友来学习,因此有助于保存和加强记忆。类似地,你自己的神经元互相帮助来编码记忆,这些记忆会随着时间的推移而持续。"

记忆是人类行为的基础,任何记忆损伤都会严重影响我们的日常生活。作为正常衰老的一部分,记忆力丧失对老年人来说可能是一个重大障碍。此外,由几种疾病引起的记忆丧失,尤其是阿尔茨海默氏症(Alzheimer's),会造成毁灭性的后果,干扰最基本的日常活动,包括辨认亲戚或记住回家的路。这项研究表明,随着我们年龄的增长,记忆可能会衰退得更快,因为记忆是由更少的神经元编码的,如果这些神经元中的任何一个失灵,记忆就会丢失。这项研究表明,有朝一日,设计出能够促进更多神经元参与记忆编码的治疗方法,可能有助于防止记忆丧失。

"多年来,人们都知道,你练习一个动作越多,你以后就越有可能记住它," Lois说。"我们现在认为这是可能的,因为你练习一个动作越多,编码这个动作的神经元数量就越多。传统的记忆存储理论假设,要使记忆更加稳定,需要加强与单个神经元的连接。我们的研究结果表明,增加编码相同记忆的神经元数量,可以使记忆持续更长时间。"这篇论文的题目是"Persistence of neuronal representations through time and damage in the hippocampus"。

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