神經科學家展示了大腦如何提高區分相似經歷的能力，這些發現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

1月19日消息

想想你在短時間內有兩種不同但相似的經歷。也許你在同一周內參加了兩個節日聚會，或者在工作中做了兩次演講。不久之后，你可能會發現自己混淆了這兩次經歷，但隨著時間的推移，這種混淆逐漸消失，你能夠更好地區分這些不同的經歷。

布法羅大學（University at Buffalo，UB）領導的一項新研究揭示，這一過程發生在細胞水平上，這一發現對理解和治療阿爾茨海默病等記憶障礙至關重要。，研究結果近日發表在《自然-神經科學》（Nature Neuroscience）雜志上，論文題目：“記憶鞏固過程中會出現動態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日發表在《Nature Neuroscience》（最新影響因子：25.0）雜志上

動態印跡存儲記憶

這項研究的重點是記憶印跡（Engrams），這是大腦中存儲記憶信息的神經元細胞。“記憶印跡是被重新激活以支持回憶的神經元，” Dheeraj S. Roy 博士說，他是這篇論文的資深作者之一，也是布法羅大學雅各布斯醫學和生物醫學科學學院生理學和生物物理系的助理教授，“當記憶印跡被破壞，你就會失憶。”

Dheeraj Roy 博士是布法羅大學雅各布斯醫學和生物醫學學院生理學和生物物理學系的助理教授，他是一篇新論文的資深作者，該論文解釋了記憶在細胞水平上如何發揮作用

他解釋說，在經歷之后的幾分鐘或幾小時內，大腦需要鞏固記憶以存儲它。“我們想知道：在這個整合過程中發生了什么？在記憶形成和之后需要回憶這段記憶之間發生了什么？”

研究人員開發了一個從感官信息（刺激）開始的學習和記憶形成的計算模型。一旦信息到達海馬體（大腦中記憶形成的部位），不同的神經元就會被激活，其中一些是興奮的，另一些是抑制的。

當海馬體中的神經元被激活時，并不是所有的神經元都會同時被激活。隨著記憶的形成，那些恰好被及時激活的神經元會成為記憶印跡的一部分，并加強它們的連接，以支持未來的回憶。

Roy 解釋說：“記憶回憶過程中記憶印跡細胞的激活不是一個有或無的過程，而是通常需要達到一個閾值（即原始記憶印跡的百分比）才能有效回憶。我們的模型第一個證明了記憶印跡群體是不穩定的：在回憶中被激活的記憶印跡細胞的數量隨著時間的推移而減少，這意味著它們本質上是動態的，所以下一個關鍵問題是這是否有行為后果。”

記憶辨別需要動態印跡

他說：“在學習后的鞏固階段，大腦正在積極地將這兩種經歷分開，這可能是為什么激活的記憶印跡細胞的數量隨著時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間的推移而增強。這就像你的記憶最初是一條高速公路，但隨著時間的推移，在幾分鐘到幾小時的鞏固期，你的大腦將它們分成兩條車道，這樣你就可以區分兩者。”

Roy 和團隊的實驗人員現在有了一個可測試的假設，他們用小鼠進行了一個完善的行為實驗。小鼠被短暫地暴露在兩個不同的盒子中，這些盒子有獨特的氣味和光照條件，其中一個是中性環境，但在第二個盒子里，它們接受了輕微的足部電擊。

幾小時后，通常一直在移動的小鼠在任何一個盒子前都表現出了恐懼記憶的回憶。Roy 說：“這表明它們無法區分兩者。但到了 12 小時，突然之間，只有當它們暴露在第一次體驗時感到不舒服的盒子里時，他們才會表現出恐懼。他們能夠區分這兩者。這些動物告訴我們，它們知道這個盒子是可怕的，但 5 個小時前它們還做不到這一點。”

利用一種光敏技術，當小鼠探索盒子時，研究小組能夠檢測到小鼠海馬體中活躍的神經元。研究人員使用這種技術標記活躍的神經元，然后測量有多少神經元被大腦重新激活以進行回憶。他們還進行了一些實驗，讓單個印跡細胞可以在經歷和時間中被追蹤。“所以我可以逐字逐句地告訴你一個記憶細胞或它們的一個子集是如何在不同的時間內對每個環境做出反應的，并將這與它們的記憶辨別相關聯，” Roy 解釋說。

該團隊最初的計算研究預測，單個記憶中涉及的記憶印跡細胞的數量會隨著時間的推移而減少，動物實驗證實了這一點。

他解釋說：“當大腦第一次學習某樣東西時，它不知道需要多少神經元，因此需要招募更大的神經元子集。當大腦穩定神經元，鞏固記憶時，它會去除不必要的神經元，因此所需的神經元更少，這樣做有助于分離不同記憶的印跡。"

記憶障礙是怎么回事？

這些發現與理解記憶障礙（如阿爾茨海默病）的問題有直接關聯。Roy 解釋說，為了開發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生了什么是至關重要的。

Roy 說：“這項研究告訴我們，記憶功能障礙發生的一個很可能的原因是記憶形成后的早期窗口出現了問題，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，但沒有正確地穩定下來。現在我們對記憶印跡如何形成和穩定記憶有了更多的了解，研究人員可以檢查當記憶印跡數量減少時，哪些基因在動物模型中發生了變化。

“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，我們可以調節這些記憶的‘細化’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 現在在雅各布斯學院，作為麻省理工學院 (MIT) 和哈佛大學博德研究所的麥戈文研究員進行了這項研究。

這篇論文的合著者來自倫敦帝國理工學院、奧地利科學技術研究所、麻省理工學院麥戈文腦研究所和中國清華大學麥戈文腦科學研究所以及生命科學中心。

創立于1846年的布法羅大學(紐約州立大學布法羅分校)

參考文獻

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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       原文標題 : 對記憶本質的研究揭示了儲存信息的細胞是如何隨著時間的推移而穩定的