利用光遗传学来唤醒你的记忆

　　

生物通报道 对于复杂的大脑，研究人员一直热衷于了解它的功能。在新技术的协助下，人们对大脑的了解又多了几分。在新一期的《BioTechniques》上，Jeffrey Perkel介绍了光遗传学如何为学习和记忆提供新的见解。

在这个趋向老龄化的社会，阿尔茨海默病（俗称老年痴呆症）并不少见。Dheeraj Roy的祖母便是其中的一位。当Roy成为麻省理工学院（MIT）的一名研究生时，发现曾经疼爱他的祖母竟然不认识他。这刺激Roy立志从事一个相关的研究。

幸运的是，Roy所在的实验室正开展这方面的研究，Susumu Tonegawa教授是1987年的诺贝尔奖获得者，自90年代以来一直关注神经科学，特别是记忆和学习。Roy现在是Tonegawa教授实验室中的一员，他们正利用一种强大的工具来了解大脑：光遗传学。

光遗传学实现了神经活动的空间、时间以及细胞类型特异的控制。在光遗传学中，研究人员在特定神经元中表达光敏的离子通道或泵。利用适当波长的光照射那些细胞，研究人员可促使神经元触发动作电位，从而实时探索神经回路的细胞和分子机制。

据希伯来大学的脑科学助理教授Inbal Goshen介绍，这项技术为记忆研究带来了两个优点：时间精确性和细胞特异性。人们多年来利用电极刺激或药理学来操控大脑的神经元，不过这些技术不能限制在特定的细胞群体，小分子化合物的动力学也太慢。光遗传学的优势在于让感兴趣的区域尽可能小。

Roy便利用这种方法来研究阿尔茨海默病的神经功能缺失。传统观点认为，早期阿尔茨海默病患者无法记住最近发生的事情，比如他们将钥匙放在哪里，是因为记忆无法形成。Roy决定直接检验这种观点。

之前，Tonegawa的实验室利用小鼠模型来证明失忆症是记忆回想出问题。在那项研究中，用蛋白合成抑制剂茴香霉素处理小鼠后，它似乎不记得脚上一击的感觉。不过利用光遗传学激发认知过程中激活的细胞，它又能回想起“丢失的”记忆，但这种影响只是暂时的，当光关闭，失忆症又出现。

Roy想知道类似的机制是否存在于阿尔茨海默病的患者中。利用小鼠模型，他引入了DNA载体来标记活跃的神经元，重点放在海马区及其与嗅皮层的连通性。正如预测的那样，当小鼠被要求记住引起恐惧的东西（一个恐怖的箱子）时，它们无法做到。如果此区域被光遗传学激活，它们就会愣住，这意味着恐惧记忆形成。更重要的是，Roy及其团队证明，通过意在加强突触连接的操作反复刺激细胞，他们甚至能重建没有光时的记忆。

当然，这种策略不适用于人类，因为它需要大脑的遗传操控。不过对于Roy而言，结果说明了一种可能的治疗策略：利用药物来加强神经连接。“说实话，我的梦想实验”是鉴定那些能加强嗅皮层和海马之间突触连接的药物，促进小鼠模型的记忆回想。“对我来说，那是全垒打，”他说。（生物通 薄荷）

原文检索

LIGHTING OUR MEMORIES

BioTechniques, Vol. 60, No. 6, June 2016, pp. 268–272