Science：利用一种新的神经-光学系统成功地操纵记忆

2021年11月15日讯/生物谷BIOON/---当一份重要的文件放在你的桌上时，你可能会把它归档保存。同样的事情也发生在我们的记忆中：情节记忆（episodic memory）最初编码在大脑的海马体中，然后在一种称为记忆巩固（memory consolidation）的过程中转移到大脑皮层进行长期储存。突触可塑性是学习的基础，在记忆巩固中起着关键作用。然而，在很大程度上仍然不知道突触可塑性发生的地点和时间，以及它如何塑造神经元表征。

在一项新的研究中，来自日本理化学研究所（RIKEN）、京都大学、筑波大学、大阪大学和埼玉大学的研究人员通过使用小鼠的大脑展示了一种新的神经-光学系统来操纵记忆。这种技术阻碍了神经活动，即所谓的长时程增强（long-term potentiation, LTP），否则 它将在睡眠期间巩固记忆。相关研究结果发表在2021年11月12日的Science期刊上，论文标题为“Stepwise synaptic plasticity events drive the early phase of memory consolidation”。论文通讯作者为京都大学的Yasunori Hayashi博士。论文第一作者为京都大 学的Akihiro Goto博士。

LTP通过神经活动加强了突触，对记忆的形成至关重要。记忆在大脑中何时何地形成，可以通过检查何时哪些细胞经历LTP来确定。药物可以破坏LTP，但是它们有一般的效果，并不擅长在记忆巩固的特定时间点上靶向特定的大脑区域。

为了寻找灵感，Goto求助于好莱坞。他笑着说，“在电影‘黑衣人（Men in Black）’中，特工用一道闪光消除了记忆。我们做了类似的事情。”他的团队使用光来让对LTP至关重要的蛋白失活。

通过将黑衣和墨镜换成白大褂和安全护目镜，论文共同作者Yasunori Hayashi及其团队用光照射小鼠的大脑，以抑制丝切蛋白（cofilin），即一种对突触功能至关重要的蛋白。

光照对小鼠大脑突触的影响，图片来自KyotoU/Akihiro Goto。

最初，给小鼠的大脑注射了通常用于基因递送的腺相关病毒（AAV），然后使之表达一种由丝切蛋白和荧光SuperNova组成的融合蛋白。当暴露在光线下时，这种蛋白释放出活性氧，使附近的丝切蛋白等化合物失活。

海马体中LTP的发生是很有重要的，因为记忆最初储存在海马体中。当大脑的这一区域被照射时，在小鼠学习一项任务后立即接受照射，然后在学习后的睡眠期间再次接受照射，记忆就会丢失。Goto评论说，“令人惊讶的是，通过有针对性的照射来消除局部LTP，明显 地消除了记忆。”

Hayashi认为，这项新技术提供了一种在细胞水平上从时间和空间上隔离大脑中记忆形成的方法。

与LTP有关的突触异常涉及记忆和学习障碍，如阿尔茨海默病，还有精神分裂症等精神疾病。Hayashi总结说，“我们期待我们的方法将导致一系列治疗精神疾病的方法。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Akihiro Goto et al. Stepwise synaptic plasticity events drive the early phase of memory consolidation. Science, 2021, doi:10.1126/science.abj9195.