什么你能記住多年未見的兒時好友的名字,卻很容易忘記剛剛認(rèn)識的人的名字?換句話說,為什么有些記憶在幾十年里保持穩(wěn)定,而另一些卻在幾分鐘內(nèi)消失?
通過使用老鼠模型,加州理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)在確定,強(qiáng)大、穩(wěn)定的記憶是由神經(jīng)元"團(tuán)隊"同步激活編碼的,提供了冗余,使這些記憶能夠持續(xù)一段時間。這項研究對于理解大腦損傷后,如中風(fēng)或阿爾茨海默氏癥(Alzheimer's disease),記憶可能會受到怎樣的影響具有重要意義。
這項研究是在生物學(xué)研究教授Carlos Lois的實驗室里完成的,并發(fā)表近日出版的《科學(xué)》雜志上。Lois還是加州理工大學(xué)天橋神經(jīng)科學(xué)研究所和Chrissy Chen神經(jīng)科學(xué)研究所的兼職教員。
在博士后Walter Gonzalez的帶領(lǐng)下,研究小組開發(fā)了一項測試,以檢測老鼠在學(xué)習(xí)和記憶一個新地方時的神經(jīng)活動。在實驗中,一只老鼠被放置在一個直的籠子里,大約5英尺長,有白色的墻。獨(dú)特的符號沿著墻壁標(biāo)記了不同的位置--例如,最右端附近的加號和靠近中心的斜線。糖水(老鼠的食物)被放在跑道的兩端。在老鼠探索的過程中,研究人員測量了老鼠海馬(大腦中形成新記憶的區(qū)域)中特定神經(jīng)元的活動,已知這些神經(jīng)元負(fù)責(zé)編碼位置相關(guān)的信息。
當(dāng)一只動物最初被放置在跑道上時,它不知道該做什么,它左右游蕩,直到遇到糖水。在這些情況下,當(dāng)老鼠注意到墻上的一個符號時,單個神經(jīng)元被激活。但在多次體驗之后,老鼠對這條軌跡變得熟悉起來,并記住了糖的位置。隨著老鼠變得越來越熟悉,越來越多的神經(jīng)元被看到墻上的每個符號而同步激活。從本質(zhì)上講,老鼠是根據(jù)每一個獨(dú)特的符號來識別自己的位置的。
為了研究記憶是如何隨著時間的推移而消失的,研究人員讓這些老鼠在長達(dá)20天的時間里遠(yuǎn)離記憶軌跡。休息之后,當(dāng)老鼠回到軌道上時,那些已經(jīng)形成了由更多神經(jīng)元編碼的強(qiáng)大記憶的老鼠很快就記住了任務(wù)。雖然有些神經(jīng)元表現(xiàn)出不同的活動,但當(dāng)分析大群神經(jīng)元的活動時,老鼠對軌跡的記憶是可以清楚地識別出來的。換句話說,使用一組神經(jīng)元使大腦有記憶,即使一些原始神經(jīng)元停止活動或受損,仍能回憶起記憶。
Gonzalez解釋說:"想象一下,你有一個漫長而復(fù)雜的故事要講。為了保存這個故事,你可以把它告訴你的五個朋友,然后偶爾和他們聚在一起,重新講述這個故事,互相幫助,填補(bǔ)一個人忘記的空白。此外,每次你重新講述這個故事,你可以帶新的朋友來學(xué)習(xí),因此有助于保存和加強(qiáng)記憶。類似地,你自己的神經(jīng)元互相幫助來編碼記憶,這些記憶會隨著時間的推移而持續(xù)。"
記憶是人類行為的基礎(chǔ),任何記憶損傷都會嚴(yán)重影響我們的日常生活。作為正常衰老的一部分,記憶力喪失對老年人來說可能是一個重大障礙。此外,由幾種疾病引起的記憶喪失,尤其是阿爾茨海默氏癥(Alzheimer's),會造成毀滅性的后果,干擾最基本的日常活動,包括辨認(rèn)親戚或記住回家的路。這項研究表明,隨著我們年齡的增長,記憶可能會衰退得更快,因為記憶是由更少的神經(jīng)元編碼的,如果這些神經(jīng)元中的任何一個失靈,記憶就會丟失。這項研究表明,有朝一日,設(shè)計出能夠促進(jìn)更多神經(jīng)元參與記憶編碼的治療方法,可能有助于防止記憶喪失。
"多年來,人們都知道,你練習(xí)一個動作越多,你以后就越有可能記住它," Lois說。"我們現(xiàn)在認(rèn)為這是可能的,因為你練習(xí)一個動作越多,編碼這個動作的神經(jīng)元數(shù)量就越多。傳統(tǒng)的記憶存儲理論假設(shè),要使記憶更加穩(wěn)定,需要加強(qiáng)與單個神經(jīng)元的連接。我們的研究結(jié)果表明,增加編碼相同記憶的神經(jīng)元數(shù)量,可以使記憶持續(xù)更長時間。"這篇論文的題目是"Persistence of neuronal representations through time and damage in the hippocampus”。
參考資料:
Carlos Lois et al. Persistence of neuronal representations through time and damage in the hippocampus. Science 23 Aug 2019: Vol. 365, Issue 6455, pp. 821-825 DOI: 10.1126/science.aav9199.