摘要:强大的记忆是由多组神经元协同编码而形成的(全文约1905字,阅读大概需要7分钟。)

该图片由Ahmed GadPixabay上发布

为什么你能记住你多年没见过的童年最好的朋友的名字,但很容易忘记你刚刚才遇到的一个人的名字?换句话说,为什么一些记忆在几十年内都不会遗忘,而另一些记忆则短短几分钟就消失了?

利用小鼠模型,加州理工学院的研究人员现在已经确定,强大而稳定的记忆由神经元的“团队”编码,所有神经元都同步工作并提供冗余备份,使这些记忆能够长时间持续存在。该研究有助于了解脑损伤后记忆可能受到的影响,例如中风或阿尔茨海默病。

这项工作是在生物学研究教授Carlos Lois的实验室完成的,并在8月23日出版的“科学”杂志上发表。 Lois还是加州理工学院Tianqiao和Chrissy Chen神经科学研究所的附属教员。

在博士后学者Walter Gonzalez的带领下,该团队开展了一项测试,以检查老鼠在了解并记住一个新的地方后的神经活动。在测试中,将鼠标置于直的外壳中,约5英尺长,具有白色壁。沿墙壁标记不同位置的独特符号 - 例如,最右端附近的粗加号和靠近中心的斜角。将糖水(用于款待小鼠)放置在轨道的任一端。在小鼠探索的同时,研究人员测量了已知编码位置的小鼠海马(形成新记忆的大脑区域)中特定神经元的活动。

当动物最初被放置在轨道上时,它不确定该做什么并且左右徘徊直到它遇到糖水。在这些情况下,当小鼠注意到墙上的符号时,单个神经元被激活。但是,通过赛道的多次体验,小鼠开始熟悉并记住了糖的位置。随着小鼠越来越熟悉,通过查看墙上的每个符号,同步激活越来越多的神经元。基本上,小鼠正在识别每个独特符号的位置。

为了研究记忆如何逐渐消失,研究人员随后将老鼠从赛道中隔离了长达20天。在这次休息之后返回赛道时,由较多神经元编码形成强大记忆的老鼠很快就记住了这项任务。尽管一些神经元显示出不同的活动,但在分析大组神经元的活动时,小鼠对该轨道的记忆是清晰可辨的。换句话说,使用神经元组可以使大脑具有记忆的冗余备份并且即使一些原始神经元沉默或受损也仍能回忆起记忆。

Gonzalez解释说:“想象一下,你有一个漫长而复杂的故事。为了保存这个故事,你可以告诉你的五个朋友,然后偶尔和他们一起聚在一起重新讲述故事并互相帮助。填写个人忘记的任何空白。此外,每次重新讲述故事,你都可以带来新朋友学习,从而帮助保存它并加强记忆。以类似的方式,你自己的神经元互相帮助编码使得记忆可以持续存在。“

记忆对人类行为至关重要,对记忆的任何损害都会严重影响我们的日常生活。作为正常衰老的一部分而发生的记忆丧失可能是老年人的重大障碍。此外,由几种疾病引起的记忆丧失,尤其是阿尔茨海默氏症,具有破坏性的后果,可以干扰最基本的惯例,包括识别亲属或记住回家的路。这项工作表明,随着年龄的增长,记忆可能会更快地消失,因为记忆由更少的神经元编码,如果这些神经元中的任何一个失败,记忆就会丢失。该研究表明,有一天,设计可以促进更多神经元的募集以编码记忆的治疗可以帮助防止记忆丧失。

“多年来,人们都知道,你练习的动作越多,你以后记得的机会就越大,”路易斯说。 “我们现在认为这很可能,因为你练习动作越多,编码动作的神经元数量就越多。关于记忆存储的传统理论假设使记忆更稳定需要加强与个体神经元之间的联系。我们的结果表明,增加编码相同记忆的神经元数量可以使记忆持续更长时间。“

这篇论文的标题是“Persistence of neuronal representations through time and damage in the hippocampus”。除了Gonzalez和Lois之外,共同作者还有本科生Hanwen Zhang和前实验室技术员Anna Harutyunyan。资金由美国心脏协会,德拉马丁基金会,Burroughs Wellcome基金和国家机构的BRAIN Initiative资助提供。

参考文献

  1. Walter G. Gonzalez, Hanwen Zhang, Anna Harutyunyan, Carlos Lois. Persistence of neuronal representations through time and damage in the hippocampus. Science, 2019: Vol. 365, Issue 6455, pp. 821-825 DOI: 10.1126/science.aav9199

本文译自 sciencedaily,由译者 Lancelot 基于创作共用协议(BY-NC)发布。