诺奖得主Nature揭秘记忆的存在

　　

生物通报道  欢喜或恐惧，我们人生的经历总是或多或少在大脑中留下一些记忆的痕迹。当我们回想往事，或能联想起发生的时间、地点和经历的所有情感。神经学家将这些称之为记忆的印记。然而这些记忆的印记仅是一种概念上的存在，还是确实存在于大脑中的神经元有形网络？

在一项最新的研究中，来自麻省理工学院的科学家们利用光遗传学技术（optogenetics）证实记忆确实存在于一些非常特殊的大脑细胞中，仅需要激活一小部分的大脑细胞就可以回想起完整的记忆。这一研究发现发表在3月22日的《自然》（Nature）杂志上。

领导这一研究的是麻省理工学院生物学和神经科学教授Susumu Tonegawa（利根川进），这位日本籍教授1939年生于日本的名古屋。京都大学理学院化学系毕业后进入该大学病毒研究所进修。后来去美国加利福尼亚大学留学，获博士学位。曾先后在索克尔研究所和巴塞尔免疫学研究所任职。1981年起任麻省理工学院大学教授。1987年因从基因角度阐明了抗体多样性的遗传学原理而获得诺贝尔生理学医学奖。

“我们证实基于高水平认知的行为，例如特殊记忆的表达可通过在哺乳动物中高度特异性地激活一小群特异的大脑细胞亚群而产生，在这里我们借助的是光。这是一个严格设计的测试来验证加拿大外科医生Wilder Penfield在20世纪初偶然获得的一次发现。”

在那次著名的外科手术中，Penfield采用了切除部分大脑的方法来治疗癫痫患者。为了确定他破坏的只是有问题的神经元，Penfield利用微小电震动器刺激了患者的大脑，这些局部麻醉的患者被要求报告他们所经历的事情。值得注意的是，Penfield发现当刺激海马区的少数神经元时，一些患者生动地回忆起了整个复杂的事件。

随后科学家们一直在继续探索这一现象，然而直到现在也从没人证实过直接激活海马可以回想起记忆。

在这篇文章中，研究人员利用光遗传学技术仔细检查了遗传工程小鼠的大脑。研究人员首先发现了小鼠在了解一个新环境时大脑中处于活跃状态的细胞，随后他们在这些细胞中确定了受到激活的基因。然后他们构建出转基因小鼠，人为地将他们发现的激活基因与光激活蛋白channelrhodopsin-2 (ChR2)连接到一起。

接下来，研究人员将小鼠放置到一个新环境中。在小鼠进行数分钟的探险后，它们接受到了一种轻微的电击，使它们对电击发生的特殊环境产生恐惧。他们给在这种恐惧的情况下激活的大脑细胞带上了光激活蛋白ChR2的标记。

最后，研究人员将小鼠放置到了另一个完全不同的环境，当接触到光触发脉冲时，参与恐怖记忆的神经元被开启，小鼠迅速进入到一种防御状态，蜷缩不动。

研究人员说这些结果表明记忆确实存在于非常特殊的脑细胞中，更重要的是，借助物理方法例如光来重激活这些细胞就可以召回完整的记忆。这些发现对于开展神经变性疾病和精神障碍疾病的研究具有重要的意义。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Optogenetic stimulation of a hippocampal engram activates fear memory recall

A specific memory is thought to be encoded by a sparse population of neurons1, 2. These neurons can be tagged during learning for subsequent identification3 and manipulation4, 5, 6. Moreover, their ablation or inactivation results in reduced memory expression, suggesting their necessity in mnemonic processes. However, the question of sufficiency remains: it is unclear whether it is possible to elicit the behavioural output of a specific memory by directly activating a population of neurons that was active during learning. Here we show in mice that optogenetic reactivation of hippocampal neurons activated during fear conditioning is sufficient to induce freezing behaviour. We labelled a population of hippocampal dentate gyrus neurons activated during fear learning with channelrhodopsin-2 (ChR2)7, 8 and later optically reactivated these neurons in a different context. The mice showed increased freezing only upon light stimulation, indicating light-induced fear memory recall. This freezing was not detected in non-fear-conditioned mice expressing ChR2 in a similar proportion of cells, nor in fear-conditioned mice with cells labelled by enhanced yellow fluorescent protein instead of ChR2. Finally, activation of cells labelled in a context not associated with fear did not evoke freezing in mice that were previously fear conditioned in a different context, suggesting that light-induced fear memory recall is context specific. Together, our findings indicate that activating a sparse but specific ensemble of hippocampal neurons that contribute to a memory engram is sufficient for the recall of that memory. Moreover, our experimental approach offers a general method of mapping cellular populations bearing memory engrams.