Cell：终生记忆是如何形成的？

在最近一项研究中，洛克菲勒大学的研究人员，让年幼和成年线虫都学会了避开食物的气味，并详细地研究了产生经验记忆的神经回路。相关研究结果发表在2月11日出版的《Cell》杂志，阐明了哪些神经元、基因和分子通路可区分早期记忆和长期记忆，从而为神经生物学研究提供了新的前景。

　　

生物通报道：洛克菲勒大学神经学家Cori Bargmann实验室的成员有相当多的时间是在观察秀丽隐杆线虫四处移动。这些微小的生物以土壤细菌为食，它们的生活依赖于它们区分有毒微生物和营养微生物的能力。

在最近的一项研究中，Bargmann和她的同事们发现，线虫在第一幼虫期可以识别有害细菌的气味，并且对这些气味产生的厌恶会持续到成年期。

许多动物都能在出生后不久的关键时期内形成重要的、终身的记忆。这种现象被称为印记（imprinting），可使新孵化的鹅与它们的母亲形成亲密纽带，并使鲑鱼在产卵后返回到其原生流。人类的学习过程可能更为复杂和微妙，科学家早就知道，我们大脑存储并长期保存记忆的能力，依赖于记忆是何时以及如何获得的。

Bargmann说：“在线虫的情况中，我们吃惊地发现，它们小而简单的神经系统，不仅能够记住事物，而且还能形成长期记忆。这提出了一个问题：不同生命阶段发生的学习过程是否有生物学上的差异？”

在这项研究中，她和洛克菲勒大学研究生Xin Jin，让年幼和成年线虫都学会了避开食物的气味，并详细地研究了产生经验记忆的神经回路。相关研究结果发表在2月11日出版的《Cell》杂志，阐明了哪些神经元、基因和分子通路可区分两种类型的记忆，从而为神经生物学研究提供了新的前景。

印记的厌恶感持续终生
当成年线虫遇到病原菌时，它们通过向相反的方向移动而避开它，它们能避开类似的细菌约二十四小时的时间。但它们的记忆很快就消失了。

另一方面，年幼的线虫，则形成更持久的印象。研究人员让新生线虫直接在病原体上孵化，并让它们在生命开始的十二小时待在那里——第一个幼虫阶段。（病原体使得线虫肠道感染，但没有杀死它们。）然后，当蠕虫在成年后（三天后）再次遇到病原体时，它们逃走了。没有在有毒细菌上孵化的线虫，则发现它们和无害细菌一样有吸引力。

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Jin发现，通过沉默线虫的特定神经元，并重复学习实验，她能够确定每个神经细胞对于记忆过程的贡献。她的实验结果表明，介导这两种类型学习的神经回路是相似的，但并不完全相同。许多神经元对于印记和成年学习是必需的，但是称为AIB和RIM的细胞，对于幼虫期印迹记忆的形成，则是唯一重要的。

当线虫形成印记和短期记忆时，有一些基因和信号通路被激活，研究人员对它们进行比较后，发现了类似的结果。这两个过程依赖于类似的分子成分，但一些基因被发现只是一种类型的学习所特别需要的。

Bargmann说：“这些结果表明，早期的印记并不是与其他学习完全不同——它是随一些特殊功能而增强的相同系统。”

记忆是如何形成、储存和恢复的
当我们学习新事物时，我们的神经系统正在发挥作用。例如，当一只幼小的鸣禽跟成年鸟学习鸣叫时，导师表现的记忆肯定首先形成并储存在它的大脑中。然后，当小鸟首次亮相时，记忆必须被恢复到实践，然后开始这种声乐行为。

由于大多数动物的大脑是非常复杂的，因此科学家们很难详细地研究这些学习的元素。利用秀丽隐杆线虫——其较小的大脑中只有302个神经元，研究人员能够揭示“驱动线虫记忆形成和提取”的神经电路，这两个过程已被证明在神经系统方面有所不同。

Bargmann说：“我们了解到，当线虫对一种食物气味形成早期记忆时，它们用一组神经元来形成这种记忆，在生命后期，当它们遇到同样的气味时，它们则用一组不同的神经元来恢复这部分记忆。”

记忆是如何储存在大脑中的——在它们所居住的神经元中，以及在分子水平上是什么构成了它们？仍然是难以捉摸的。不过Bargmann说，她实验室的研究结果，为今后进一步研究存储记忆以及其他开放式问题，奠定了基础。她说：“这项工作最让人回味的事情是，它提醒我们，学习并不是复杂大脑的一些奇特创新。这是任何神经系统可以执行的一种基本功能。”

关于记忆形成这个问题，科学家们已经进行了多方面的研究，长期以来，人们一直认为记忆储存在突触中。然而，2015年12月，著名华裔科学家钱永健（Roger Tsien）教授的一项最新研究对此提出了挑战。他们在2015年美国神经科学学会的年会上发布了这项研究，首次为人们提供了在活组织中追踪PNN动态的工具（华裔诺奖得主颠覆性发现：记忆究竟在哪里）。而在同年11月份，Scripps研究所（TSRI）的科学家们发现，一对大脑蛋白的互作是记忆形成的关键。这项研究发表在Cell杂志上，为神经退行性疾病的药物研发带来了新的启示（Cell揭示记忆形成的关键机制）。

同时，科学家们还发现了增强记忆力的很多途径。例如，来自韩国先进科技学院（KAIST）、韩国基础科学院（IBS）认知和社会性中心的一个研究小组，在光遗传学方面取得了一个突破——用光提高记忆力，相关研究结果发表在2015年九月十四日的《Nature Biotechnology》（光遗传学突破：用光提高记忆力）。2015年12月，德国海德堡大学神经科学中心的一个研究团队发现，提高大脑中某些基因修饰酶的水平，能显著提高认知能力，相关研究结果发表在最近的《Molecular Psychiatry》杂志上（Nature子刊：可增强记忆力的神奇蛋白）。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Distinct Circuits for the Formation and Retrieval of an Imprinted Olfactory Memory
Summary: Memories formed early in life are particularly stable and influential, representing privileged experiences that shape enduring behaviors. We show that exposing newly hatched C. elegans to pathogenic bacteria results in persistent aversion to those bacterial odors, whereas adult exposure generates only transient aversive memory. Long-lasting imprinted aversion has a critical period in the first larval stage and is specific to the experienced pathogen. Distinct groups of neurons are required during formation (AIB, RIM) and retrieval (AIY, RIA) of the imprinted memory. RIM synthesizes the neuromodulator tyramine, which is required in the L1 stage for learning. AIY memory retrieval neurons sense tyramine via the SER-2 receptor, which is essential for imprinted, but not for adult-learned, aversion. Odor responses in several neurons, most notably RIA, are altered in imprinted animals. These findings provide insight into neuronal substrates of different forms of memory, and lay a foundation for further understanding of early learning.