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如何提高人们的记忆力?

来源:本站原创 2017-10-09 13:33

2017年10月9日 讯 /生物谷BIOON/ --本期为大家带来的是与大脑记忆形成有关的最新研究进展,希望读者朋友们能够喜欢。



DOI: 10.1038/nature23658



来自法国的研究人员最近发现了突触储存信息和控制信息储存过程的一个新机制,这一突破进展让科学家们离揭示记忆和学习过程的神秘分子机制又近了一步。相关研究结果发表在国际学术期刊Nature上。

神经元之间通过突触传递信息,大约50年前科学家们发现了突触的可塑性,科学界也一直认为突触是记忆和学习过程中的一个重要的功能组成部分。神经递质受体也在神经元信息传导方面发挥关键作用,大约几年之前科学家们发现神经递质受体并非像之前认为的那样静止不动而是一直处于移动状态。他们提出假设认为通过神经元活性控制受体的移动在特定时间对突触上的受体数量进行调节能够改变突出传递信息的有效性。
这项新研究在上述基础上更进一步,科学家们利用化学、电生理和高分辨率成像技术开发了一种新方法能够在突触的一些位点上固定受体。这种方法成功的阻止了受体的移动,让研究人员能够研究受体移动对脑活性和学习能力的影响。结果表明受体移动对突触可塑性有重要作用,是对神经元活性程度的一种响应。
研究人员还探索了突触可塑性在学习过程中的直接作用。通过教会小鼠识别一个特定环境,他们证明阻止受体移动可以阻断记忆的形成,证实了突触可塑性在这一过程中的作用。
该研究为深入了解记忆的调节过程提供了新的视角。研究人员表示他们下一步的计划是确定这种机制是否也适用的学习形式,是否能从海马体区域扩展到大脑的其他区域。



DOI: 10.1126/science.aan3846



最近,来自霍华德休斯医学研究所的研究者们发现了一种新的大脑记忆形成的机制。在他们发表于最近一期的《Science》杂志的文章中,作者们描述了他们的理论,使用的生物物理学模型以及相关的发现。来自伦敦学院大学的Julija Krupic在同一期的《Science》杂志中进行了总结,对整个记忆领域的研究进行了回顾。

经过很多年的研究,科学家们终于对大脑记忆形成的机制有了相对统一的认识,即处于神经网络中的神经元活性增强导致的神经网络的建立与强化。在这一理论中,记忆的形成是由于连续的神经元活动导致神经元形成更强的连接,从而使得记忆变得强化。

这一理论同时囊括了弹性特征,即为了增强记忆,神经网络需要不断地发生变化。这一理论进一步表明记忆的发生与强化是由于神经元快速且短暂的激活导致的,也就是所谓的LTP过程。在这一新的研究中,作者们指出可能存在另外一种记忆形成的机制,这种机制下记忆可以在较长的时间范围内逐渐形成。他们将这一机制称为BTSP(behavioral time scale synaptic plasticity)。

新的理论表明,在长期的、连续的记忆形成过程中,不一定需要存在相互连接的神经元之间发生相互作用,而需要整个大脑空间的参与。为了检测他们的想法,研究者们建立了生物物理徐模型,用于分析小鼠分别在快速移动与慢速移动的过程中整个大脑空间发生的事件。实验结果支持他们的想法。Krupic称,这种BTSP机制糴小鼠一步一步获得好的食物来源具有重要的意义,而短期的记忆形成则帮助不大。



doi:10.1016/j.cmet.2017.08.004

doi:10.1016/j.cmet.2017.08.005



根据两项发表在Cell Metabolism期刊上的研究,吃高脂肪低碳水化合物的饮食让小鼠活得更长,活得更加健康。

在第一项研究中,来自美国加州大学旧金山分校和巴克老龄研究所的研究人员让小鼠循环地吃生酮饮食(ketogenic diet)和非生酮饮食(non-ketogenic diet),这迫使它们的身体产生被称作酮体的脂肪酸,从而通过严格限制碳水化合物摄取来促进代谢。相比于吃对照饮食的小鼠,这些一周吃非生酮饮食下一周吃生酮饮食的小鼠不会变胖,它们的记忆也未下降,而且它们的中年死亡率下降了。

在第二项研究中,来自美国加州大学戴维斯分校的研究人员让小鼠在14月内吃生酮饮食,这些小鼠除了表现出类似的结果之外,在运动功能、握力和肌肉质量的其他指标上也得到改善。

巴克老龄研究所首席执行官Eric Verdin在一项声明中说道,“对记忆和大脑功能保存产生这样的影响的事实让我们感到激动人心。相比于年轻的小鼠,吃生酮饮食的年老小鼠具有更好的记忆。这确实是令人关注的。”

生酮饮食通过严格限制碳水化合物摄取来模拟饥饿的生理学影响,其中碳水化合物是细胞代谢的常用底物。这会调动酮体,随后酮体作为细胞代谢的主要底物,特别是在神经元中。人们一直在动物和人类中研究所谓的“禁食(fasting diet)”以便确定其安全性和有效性。

这两项以小鼠为实验对象的研究也报道了这种特定饮食对心脏功能和基因调节的影响。它们是首次证实吃生酮饮食的动物在认知功能上获得改善。不过还有待观察的是,类似的结果是否可能在吃生酮饮食的人类中发生。Verdin说,“观察到对大脑功能产生如此深刻的影响令我们感到非常激动人心。我们的结果并没有提示着这种情形是否在人体中发生。针对这一点,我们将需要开展广泛的临床试验。”



 doi: 10.1101/gad.298752.117



近日,来自耶鲁大学的研究人员通过研究发现了两个关键基因,这两个基因或许能够在成年哺乳动物机体中扮演分子助产士的作用,当其在小鼠机体中失活时就会诱发脆性X染色体综合征,这是一种机体精神发育迟滞的主要原因,相关研究刊登于国际杂志Genes & Development上。

在人类和小鼠机体中,神经元往往在出生之前就已经产生,而且当处于成年阶段时机体很少会产生大脑神经细胞,本文研究中,研究人员所鉴别出的两个关键基因(PUM1和PUM2)对于大脑中负责学习和记忆区域的神经元的产生至关重要。

当PUM1和PUM2这两个Pumilio基因在小鼠中被敲除后,小鼠大脑相关区域中就很少有神经干细胞产生了,而且该区域会变得非常小;随后小鼠将不再能够在迷宫中进行“导航”了,同时也会表现出和人类脆性X染色体综合征相同的病症。

研究者Haifan Lin指出,这两个基因能够控制RNA是否会被转录进而翻译产生蛋白质,进行相关基因调节的研究具有重大意义,但目前研究人员对此研究较少;后期研究中研究人员还将进行更为深入的研究来探讨PUM1和PUM2这两个基因帮助产生大脑神经元细胞的精细化分子机制。



DOI: 10.1002/hipo.22756



最近,来自哥伦比亚大学的研究者们在《Hippocampus》杂志上发表文章称通过光遗传学的手段能够恢复患阿兹海默症小鼠的记忆。这一发现也许能够改变我们对于这一疾病的理解。

首先,作者通过给小鼠进行光遗传学改造,使其在储存记忆的时候发射光色的荧光,而在重新获取记忆的时候发射红色的荧光。之后,作者给予接受了遗传改造的野生型小鼠与阿兹海默症小鼠以柠檬气味的刺激,之后再施加电刺激,从而使这两项记忆形成关联。一周之后,作者再次给这些小鼠柠檬气味的刺激。结果显示,野生型小鼠能够同时出现黄色与红色的荧光,而且出现了恐惧的表现,这说明其在形成记忆的同时也发生了记忆的重新获取(recall)。然而,阿兹海默症小鼠大脑发光的区域则明显不同,说明它们的大脑在记忆重新获取的过程中发生了紊乱。

之后,研究者们利用一束蓝光刺激小鼠的大脑,从而能够再次激活小鼠对柠檬气味以及电刺激的记忆,从而小鼠在再次闻到上述气味的时候出现了颤栗的表现。

这一结果或许能够为阿兹海默症的研究与治疗开拓新的视野,也能够为饱受疾病折磨的患者提供新的希望。

来自澳大利亚Edith Cowan大学的Ralph Martins认为该研究具有开发成为新型恢复阿兹海默症患者记忆的疗法的潜力。然而,关键问题在于小鼠模型研究得出的结论能够成功适用于临床。特别地,人类相比小鼠在患病过程中会丢失很多的神经元,因此难以准确地靶向与某一类记忆有关的受损神经。



DOI: 10.1016/j.neuroimage.2017.05.030 



根据最近发表在《Neuroimage》杂志上的一篇文章,当我们希望记住一件事情时,最好是能够将其与另外一件有意义的事情相联系,而不要简单地重复。

“当我们学习新的知识的时候,我们的大脑会通过两条不同的方式进行短期记忆:反复重复该词语的发音,或将它的意思进行理解”。该文章的第一作者,来自Baycrest's Rotman研究所的Jed Meltzer博士说道:“这两种策略都能够建立较好的短期记忆,但根据意思进行记忆能够更好地维持长期的记忆。这也体现了一些事情不是越努力效果越好。”

此前的研究已经关注过重复背诵对于短期记忆形成的影响,结果表明,依靠词语的内在含义能够帮助将其从短期记忆向长期记忆转变。这一发现在世界上顶级的记忆冠军中得到了体现:他们能够通过创造有意义的故事而将许多随机的信息加以记忆。

根据最近的这一研究,研究者们能够精确地指出负责短期记忆与长期记忆的大脑结构,从而在生理水平给出合理的解释。

“研究结果表明,负责短期记忆的大脑机制众多,包括根据词语的发音特征或内在意思”,来自多伦多大学的Meltzer博士说道。“当人们的大脑受到中风或痴呆的影响之后,这些机制将会遭到破坏。因此,患者不得不选择别的方法实现短期记忆的形成”。

例如,存在记忆障碍的患者会准备一个小本子,时不时地将信息记录下来,方便自己回忆。

在该研究中,研究者们记录了25名健康成年人在听句子或词语序列时的脑电波特征。之后,参与者们被要求重复自己听到的词语,同时再次检测了他们大脑的电波特征。通过这些数据,研究者们找到了与声音或含义有关的负责大脑短期记忆形成的区域。

下一步,研究者们希望利用这些发现进行精确地大脑刺激,从而增强中风患者的短期记忆能力。



doi:10.1038/nature22405



理解记忆如何产生、找回和最终在一生当中如何消失是诗词歌赋当中的素材。对医学研究人员而言,解决记忆的这些秘密是非常困难的。科学家们猜测“产生”新的记忆和储存旧的记忆都涉及在突触中表达蛋白。突触是两个神经元在功能上发生联系的部位。但是形成这些记忆也需要在细胞核中表达新的基因。细胞核是储存DNA的地方,在那里基因被“读取”从而建立细胞特异性的功能。

如今,在一项新的研究中,来自美国宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究人员在小鼠大脑中发现当建立新的记忆时,一种关键的代谢酶直接在神经元的细胞核内发挥作用从而关闭或开启基因。相关研究结果于2017年5月31日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Acetyl-CoA synthetase regulates histone acetylation and hippocampal memory”。

论文通信作者、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院细胞与发育生物学系教授Shelley L. Berger博士说,“在学习之后,这种被称作乙酰辅酶A合成酶2(acetyl-CoA synthetase 2, ACSS2)的酶促进神经元的细胞核中的整个基因表达复合体‘在现场’开启关键的记忆基因。我们发现ACSS2的直接结合基因和它在调节学习和记忆的神经元中发挥的作用是两项完全意料之外的新发现。”

论文第一作者、Berger实验室前研究生Philipp Mews博士说,这项研究为治疗焦虑和抑郁等神经精神疾病提供一种新的靶标,已知在这些疾病中,神经元的表观遗传机制是其中的关键。Mews说,“我们猜测ACSS2可能在神经退行性疾病的记忆障碍中发挥着作用。”

记忆形成涉及突触重建,这依赖于一组记忆基因协调表达。加入一种化学基团到神经元基因组的特定位点上(该过程被称作乙酰化)打开紧密缠绕的DNA,从而能够“读取”参与记忆形成的基因,这就使得它们编码的蛋白可以表达。

神经生物学中的表观遗传机制(加入或移除这些影响基因表达的化学基团)作为不同神经元的很多功能的重要调节物而正得到人们更好地理解。在这项新的研究中,Berger团队发现酶ACSS2结合到神经元中的记忆基因上,从而直接调节和促进它们中的乙酰化过程,这最终控制小鼠的空间记忆形成。

Berger团队首先利用体外培养的神经元开展研究,结果发现ACSS2在分化的神经元的细胞核中增加表达,并且聚集在高度表达的基因上的增加的组蛋白乙酰化的位点附近。与此同时,ACSS2水平下降会降低神经元的细胞核中的乙酰辅酶A水平和乙酰化水平,因而降低记忆基因表达。

接着,Berger团队利用小鼠作为实验对象,发现如果阻断这些小鼠体内的ACSS2表达,那么这些小鼠针对放置在研究房间中的物体形成的长期记忆受到损害。在为期两天的试验中的第二天,这些实验小鼠确实不能探测移动的物体,然而对照组小鼠能够做到这一点。Mews说,“这是因为当缺乏ACSS2时,这些小鼠没有分子通路让记忆基因表达,从而不能够保留这些物体放置在何处的记忆。”换言之,特定大脑区域中的ACSS2水平下降会破坏在形成新的记忆或者更新旧的记忆中发挥功能的关键基因的“读取”。

在未来,Mews和Berger希望基于这种新发现的记忆通路,阻断海马体中的ACSS2表达,从而阻止创伤后应激障碍患者遭受的创伤性记忆“形成”,或者甚至可能清除它们。海马体是大脑中加工长期记忆的一个区域。



doi:10.1093/cercor/bhx083



近日,一项刊登于国际杂志Cerebral Cortex上的研究报告中,来自西南医学中心的研究人员通过研究鉴别出了和记忆相关的100多个关键基因,相关研究或为后期研究人员深入理解人类大脑记忆加工过程提供新的线索和希望。

文章中研究者对特殊大脑过程背后的基因进行了深入研究,该研究或能帮助研究人员开发新型疗法治疗记忆损伤的患者。Genevieve Konopka教授表示,我们的研究提供了多个切入点来帮助理解人类记忆的形成过程,在所鉴别出的基因中,有很多基因此前和记忆并无关联,但如今很多实验室开始对这些基因进行研究,并且阐明这些基因在大脑基本功能发挥过程中扮演的关键角色,比如其是否对大脑发育非常关键?是否对于成年人的行为非常重要等?

此前研究人员通过研究将特殊基因同休眠状态的大脑行为联系了起来,研究者想利用相同的评估策略来计算在活性信息处理过程中大脑的活性如何。为了进行相关研究,研究人员对癫痫症患者进行记忆研究,同时帮助确定患者癫痫症发生的“源头”,研究人员绘制出了这些患者的脑电波来理解哪些模式对于成功的记忆形成非常重要。

结合相关的研究技术,研究人员发现,相比大脑处于休眠状态下的基因而言,还存在一类不同的基因在大脑的记忆加工过程中扮演着关键角色,而且很多基因此前研究者并未发现和任何大脑过程直接相关。研究者Lega希望这项研究能够帮助科学家更好地理解并且治疗多种记忆损伤的疾病,比如癫痫症和阿尔兹海默病等。同时研究者还希望结合其它遗传和认知科学知识来鼓励更多科学家扩展当前他们的研究领域。

最后研究者Lega说道,未来我们希望能够通过联合研究以及高质量的神经科学研究深入阐明大脑记忆发生的机制,并为后期开发治疗诸如癫痫症和阿尔兹海默病的新型靶向性疗法提供思路和帮助。(生物谷Bioon.com)











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