神经科学家展示了大脑如何提高区分相似经历的能力，这些发现可能有助于治疗阿尔茨海默病和其他记忆障碍。

布法罗大学

1月19日消息

想想你在短时间内有两种不同但相似的经历。也许你在同一周内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这两次经历，但随着时间的推移，这种混淆逐渐消失，你能够更好地区分这些不同的经历。

布法罗大学（University at Buffalo，UB）领导的一项新研究揭示，这一过程发生在细胞水平上，这一发现对理解和治疗阿尔茨海默病等记忆障碍至关重要。，研究结果近日发表在《自然-神经科学》（Nature Neuroscience）杂志上，论文题目：“记忆巩固过程中会出现动态和选择性的记忆印迹”（Dynamic and selective engrams emerge with memory consolidation）。

研究于2024年1月19日发表在《Nature Neuroscience》（最新影响因子：25.0）杂志上

动态印迹存储记忆

这项研究的重点是记忆印迹（Engrams），这是大脑中存储记忆信息的神经元细胞。“记忆印迹是被重新激活以支持回忆的神经元，” Dheeraj S. Roy 博士说，他是这篇论文的资深作者之一，也是布法罗大学雅各布斯医学和生物医学科学学院生理学和生物物理系的助理教授，“当记忆印迹被破坏，你就会失忆。”

Dheeraj Roy 博士是布法罗大学雅各布斯医学和生物医学学院生理学和生物物理学系的助理教授，他是一篇新论文的资深作者，该论文解释了记忆在细胞水平上如何发挥作用

他解释说，在经历之后的几分钟或几小时内，大脑需要巩固记忆以存储它。“我们想知道：在这个整合过程中发生了什么？在记忆形成和之后需要回忆这段记忆之间发生了什么？”

研究人员开发了一个从感官信息（刺激）开始的学习和记忆形成的计算模型。一旦信息到达海马体（大脑中记忆形成的部位），不同的神经元就会被激活，其中一些是兴奋的，另一些是抑制的。

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，那些恰好被及时激活的神经元会成为记忆印迹的一部分，并加强它们的连接，以支持未来的回忆。

Roy 解释说：“记忆回忆过程中记忆印迹细胞的激活不是一个有或无的过程，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。我们的模型第一个证明了记忆印迹群体是不稳定的：在回忆中被激活的记忆印迹细胞的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有行为后果。”

记忆辨别需要动态印迹

他说：“在学习后的巩固阶段，大脑正在积极地将这两种经历分开，这可能是为什么激活的记忆印迹细胞的数量随着时间的推移而减少的原因之一。如果这是真的，这就解释了为什么记忆辨别能力随着时间的推移而增强。这就像你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期，你的大脑将它们分成两条车道，这样你就可以区分两者。”

Roy 和团队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完善的行为实验。小鼠被短暂地暴露在两个不同的盒子中，这些盒子有独特的气味和光照条件，其中一个是中性环境，但在第二个盒子里，它们接受了轻微的足部电击。

几小时后，通常一直在移动的小鼠在任何一个盒子前都表现出了恐惧记忆的回忆。Roy 说：“这表明它们无法区分两者。但到了 12 小时，突然之间，只有当它们暴露在第一次体验时感到不舒服的盒子里时，他们才会表现出恐惧。他们能够区分这两者。这些动物告诉我们，它们知道这个盒子是可怕的，但 5 个小时前它们还做不到这一点。”

利用一种光敏技术，当小鼠探索盒子时，研究小组能够检测到小鼠海马体中活跃的神经元。研究人员使用这种技术标记活跃的神经元，然后测量有多少神经元被大脑重新激活以进行回忆。他们还进行了一些实验，让单个印迹细胞可以在经历和时间中被追踪。“所以我可以逐字逐句地告诉你一个记忆细胞或它们的一个子集是如何在不同的时间内对每个环境做出反应的，并将这与它们的记忆辨别相关联，” Roy 解释说。

该团队最初的计算研究预测，单个记忆中涉及的记忆印迹细胞的数量会随着时间的推移而减少，动物实验证实了这一点。

他解释说：“当大脑第一次学习某样东西时，它不知道需要多少神经元，因此需要招募更大的神经元子集。当大脑稳定神经元，巩固记忆时，它会去除不必要的神经元，因此所需的神经元更少，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）的问题有直接关联。Roy 解释说，为了开发治疗这种疾病的方法，了解记忆的初始形成、巩固和激活过程中发生了什么是至关重要的。

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，那里的记忆印迹一定在改变。”

他目前正在研究早期阿尔茨海默病的小鼠模型，以确定记忆是否正在形成，但没有正确地稳定下来。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，研究人员可以检查当记忆印迹数量减少时，哪些基因在动物模型中发生了变化。

“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，那么我们终于有了可以测试的东西，我们可以调节这些记忆的‘细化’或‘巩固’过程的基因，看看这是否对提高记忆性能有作用，”他说。

Roy 现在在雅各布斯学院，作为麻省理工学院 (MIT) 和哈佛大学博德研究所的麦戈文研究员进行了这项研究。

这篇论文的合著者来自伦敦帝国理工学院、奥地利科学技术研究所、麻省理工学院麦戈文脑研究所和中国清华大学麦戈文脑科学研究所以及生命科学中心。

创立于1846年的布法罗大学(纽约州立大学布法罗分校)

参考文献

Source：University at Buffalo

Research into the nature of memory reveals how cells that store information are stabilized over time

Reference：

Tomé, D.F., Zhang, Y., Aida, T. et al. Dynamic and selective engrams emerge with memory consolidation. Nat Neurosci (2024). https://doi.org/10.1038/s41593-023-01551-w

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       原文标题 : 对记忆本质的研究揭示了储存信息的细胞是如何随着时间的推移而稳定的