Nature Neuroscience：对记忆形成至关重要的基因

　　

德州大学西南分校的科学家已经发现了与脑电波有关的关键基因，这些基因对记忆编码至关重要。这一发现于本周发表在Nature Neuroscience杂志上，它最终可能被用于开发新型疗法，治疗患有阿尔茨海默氏症(Alzheimer's disease)和其他形式的记忆丧失疾病。

产生记忆需要脑细胞以不同的频率协同活动，这种现象被称为神经振荡。然而，该研究的领导者Bradley C. Lega博士和Genevieve Konopka博士解释说，这一过程的遗传基础还不清楚。

Lega说:“神经科学中有一句流传了100年的名言：Neurons that fire together will wire together。我们知道，由于这些振荡的影响，参与学习的细胞形成了新的联系。但基因是如何调控人类的这一过程的，我们完全不知道。”

研究人员从志愿者那里收集了神经振荡的数据，并使用统计方法将这些信息与从死后大脑收集到的基因活动数据联系起来。Konopka说，尽管这些结果确定了一个有希望的基因列表，但研究中有一个明显的缺陷：振荡和遗传数据来自不同的个体。

最近，两人利用了一个前所未有的机会，对接受手术的病人进行了类似的研究，手术切除了他们大脑受损的部分，帮助控制癫痫。

研究人员与来自德州大学西南分校癫痫病监测中心的16名志愿者合作，癫痫病患者在接受手术切除导致癫痫发作的大脑受损部分前几天，研究人员会在这些患者大脑中植入电极，这不仅可以帮助外科医生准确地识别癫痫发作的焦点，还可以提供有关大脑内部工作的有价值的信息。

在记录16名志愿者的脑电活动的同时，研究人员让他们进行“自由回忆”任务，包括阅读一份包含12个单词的清单，做一道简短的数学题来分散他们的注意力，然后回忆尽可能多的单词。当这些病人在记忆单词列表时，他们的脑电波被记录下来，建立了一个人与人之间略有不同的数据集。

大约六周后，每个志愿者都接受了颞叶切除术——切除大脑的颞叶——来治疗癫痫。这个区域经常是癫痫发作的起始部位，对记忆的形成也很重要。手术五分钟后，受损的脑组织被送去处理，评估基因活动。

研究团队首先在包括所有大脑细胞类型的颞叶样本中进行了全RNA测序，这是一种识别活跃基因的技术。利用统计技术，将这种活动与患者在自由回忆任务中的神经振荡联系起来，研究人员确定了300个似乎在振荡活动中起作用的基因。最后研究人员将这个数字缩小到12个“中枢基因”，这些基因似乎控制着不同的基因网络。

接下来，研究人员在样本中不同类型的细胞中观察这些中枢基因的活动。令人惊讶的是，他们发现有几个中枢在神经细胞中并不活跃，而是在另一种叫做胶质细胞的细胞群中活跃。这些细胞为神经细胞提供支持和保护，包括制造隔离神经细胞的脂肪层，使它们能有效地传递电信号。

最后，研究人员使用了一种名为ATAC-seq的技术，这种技术可以识别DNA中对转录因子分子开放的区域，这些分子可以附着在基因上并激活基因。利用这种方法，他们对SMAD3进行了进一步的研究。SMAD3是一种基因，它是控制许多中枢基因活动的主调节器，控制许多中枢基因的活动。

Konopka和Lega指出，他们确定的几个在人类神经振荡中重要的基因与其他影响学习和记忆的障碍有关，如自闭症谱系障碍、注意力缺陷多动障碍、双相情感障碍和精神分裂症。研究人员说，随着对这些基因及其运作网络的进一步研究，最终有可能通过药物选择特定的基因来改善这些和其他疾病患者的记忆。

“这给了我们一个切入点，”Konopka说，“我们可以把重点放在这一点上，以便更多地了解人类记忆的基础。”

原文标题：

Gene-expression correlates of the oscillatory signatures supporting human episodic memory encoding