Nature Neuroscience：储存信息的细胞如何随着时间的推移而稳定下来

想想你在短时间内有两种不同但相似的经历。也许你在同一个星期参加了两个节日聚会，或者在工作中做了两次演讲。不久之后，你可能会发现自己混淆了两者，但随着时间的推移，这种混淆会消退，你就能更好地区分这两种不同的经历。1月19日发表在《自然神经科学》杂志上的一项新研究表明，这一过程发生在细胞水平上，这一发现对理解和治疗记忆障碍(如阿尔茨海默病)至关重要。

　　

想想你在短时间内有过两种不同但相似的经历。也许你在同一个星期参加了两个节日聚会，或者在工作中做了两次演讲。不久之后，你可能会发现自己混淆了两者，但随着时间的推移，这种混淆会消退，你就能更好地区分这两种不同的经历。

1月19日发表在《自然神经科学》杂志上的一项新研究表明，这一过程发生在细胞水平上，这一发现对理解和治疗记忆障碍(如阿尔茨海默病)至关重要。

动态印痕存储记忆

这项研究的重点是记忆印迹，这是大脑中储存记忆信息的神经元细胞。“印痕是被重新激活以支持记忆回忆的神经元，当记忆被打乱时，你就会失忆，”该论文的资深作者之一Dheeraj S. Roy博士说。

他解释说，在经历之后的几分钟或几小时内，大脑需要巩固印迹来存储它。“我们想知道:在这个整合过程中发生了什么?在记忆形成的时间和你以后需要回忆的时间之间发生了什么?”

研究人员开发了一种学习和记忆形成的计算模型，该模型始于感官信息，即刺激。一旦信息到达海马体，即大脑中形成记忆的部分，不同的神经元就会被激活，其中一些是兴奋性的，另一些是抑制性的。

当海马体中的神经元被激活时，并不是所有的神经元都会同时被激活。随着记忆的形成，碰巧在时间上被紧密激活的神经元成为记忆印痕的一部分，并加强它们之间的连接，以支持未来的回忆。

Roy解释说:“在回忆过程中，记忆印迹细胞的激活并不是一个要么全有要么全无的过程，而是通常需要达到一个阈值(即原始记忆印迹的百分比)才能有效回忆。”“我们的模型是第一个证明印迹细胞数量不稳定的模型:在回忆过程中被激活的印迹细胞数量随着时间的推移而减少，这意味着它们本质上是动态的，所以下一个关键问题是这是否会产生行为后果。”

记忆识别需要动态印痕

他说:“在学习后的巩固期，大脑积极地将两种经历分开，这可能是单个记忆中激活的印痕细胞数量随着时间的推移而减少的原因之一。”如果这是真的，这就解释了为什么随着时间的推移，记忆辨别能力会越来越好。这就像你对经历的记忆最初是一条高速公路，但随着时间的推移，在几分钟到几小时的巩固过程中，你的大脑将它们分成两条车道，这样你就可以区分这两条车道。”

Roy和团队中的实验人员现在有了一个可测试的假设，他们用小鼠进行了一个成熟的行为实验。小鼠被短暂地暴露在两个不同的盒子里，这些盒子有独特的气味和照明条件;一个是中性环境，但在第二个盒子里，他们受到轻微的足部电击。

几个小时后，那些经常移动的小鼠，当暴露在两个盒子里时，表现出恐惧记忆的冻结。“这表明他们无法区分这两者，但到了第12个小时，突然之间，它们只在第一次体验时感到不舒服的盒子里才表现出恐惧。他们能够区分这两者。动物告诉我们，它们知道这个盒子是可怕的，但五个小时前它们还不能这么做。”

利用一种光敏技术，研究小组能够探测到老鼠在探索盒子时海马体中活跃的神经元。研究人员使用这种技术来标记活跃的神经元，然后测量有多少被大脑重新激活以进行回忆。他们还进行了一些实验，让单个印迹细胞在不同的经历和时间中被追踪。“所以我可以逐字地告诉你，一个印迹细胞或它们的一个子集是如何随着时间的推移对每种环境做出反应的，并将这与它们的记忆区分联系起来，”Roy解释说。

该团队最初的计算研究预测，参与单个记忆的印迹细胞数量会随着时间的推移而减少，动物实验也证实了这一点。

“当大脑第一次学习一些东西时，它不知道需要多少神经元，所以有意招募了更大的神经元子集，随着大脑稳定神经元，巩固记忆，它会切断不必要的神经元，因此所需的神经元就会减少，这样做有助于分离不同记忆的印迹。”

记忆障碍是怎么回事?

这些发现与理解记忆障碍(如阿尔茨海默病)的问题有直接关系。Roy解释说，为了开发这种疾病的治疗方法，关键是要知道在最初的记忆形成、巩固和记忆印迹的激活过程中发生了什么。

Roy说:“这项研究告诉我们，记忆功能障碍发生的一个很可能的原因是，记忆形成后的早期窗口出现了问题，在这个窗口中，记忆印迹一定会发生变化。”

他目前正在研究早期阿尔茨海默病的小鼠模型，以找出印迹是否正在形成，但没有正确稳定下来。现在我们对记忆印迹如何形成和稳定记忆有了更多的了解，研究人员可以研究当记忆印迹数量减少时，动物模型中哪些基因发生了变化。

“我们可以看看小鼠模型，然后问，是否有特定的基因被改变了?如果是这样，那么我们终于有东西可以测试了，我们可以调节这些‘细化’或‘巩固’印痕过程的基因，看看它是否在提高记忆力方面发挥作用，”他说。

现在在雅各布斯学院，罗伊在麻省理工学院(MIT)和哈佛大学布罗德研究所担任麦戈文研究员期间进行了这项研究。罗伊是今年招募到雅各布斯学院(Jacobs School)的三名神经科学家之一，他们将在该校的生理与生物物理系(Department of Physiology and Biophysics)启动一个新的研究重点——系统神经科学。