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Science:揭示记忆储存在印迹神经元突触中

来源:本站原创 2018-04-29 16:21

2018年4月29日/生物谷BIOON/---根据一项新的研究,当形成记忆时,某些神经元之间形成更大的更密集的连接。相关研究结果发表在2018年4月26日的Science期刊上,论文标题为“Interregional synaptic maps among engram cells underlie memory formation”。

科学家们长期以来一直试图理解大脑在何处和如何储存记忆。在20世纪初,德国科学家Richard Semon创造了术语“印迹(engram)”来描述大脑中记忆的物理表征。随后,在20世纪40年代,加拿大心理学家Donald Hebb提出当神经元编码记忆以及在共活化记忆或印迹之间形成的连接(也被称作突触)时,神经元就得到强化了---这一理论被广泛地转述为“一起放电的神经元连接在一起(fire together, wire together)”。这两种观点已成为记忆研究的基石---并且在它们首次出现后的几十年中,科学家们已经积累了大量支持它们的证据。
图片来自D-Keine/iStock。

韩国首尔国立大学神经科学家Bong-Kiun Kaang说,“Donald Hebb提出储存记忆的关键部分不是印迹细胞(engram cell),而且印迹细胞之间形成的突触。”不过,他补充道,尽管很多间接证据表明突触形成过程是记忆形成的基础,比如证实长时程增强(long-term potentiation,即两个同时活化的神经元之间形成增强的连接的过程)的研究,但是缺乏直接证据。

Kaang说,其中的一个关键问题是缺乏直接观察这个过程的工具。为了克服这个限制,他和他的同事们将一种含重组DNA---为印迹细胞和非印迹细胞编码不同颜色的荧光蛋白---的病毒注射到小鼠的大脑中。

利用这种技术,Kaang团队能够确定哪种类型的细胞与突触后神经元(postsynaptic neuron)之间形成连接。不过,开发这种技术并让它在实验中能够发挥作用是一个艰苦的过程,花了他们近十年的时间。

在这项研究中,Kaang和他的团队首次将这种重组DNA注射到小鼠的海马体(参与记忆形成的一个关键的大脑区域)中。随后,他们利用恐惧条件反射实验教导这些小鼠将特定环境与电击相关联在一起。

当在显微镜下研究这些小鼠的大脑时,这些研究人员观察到印迹细胞之间形成的突触得到强化。印迹细胞之间的树突(一种神经元投射,突触就是在树突上形成的)要比印迹细胞与非印迹细胞或两个非非印迹细胞之间的那些树突更为密集和更大。此外,当他们对接受较弱电击的小鼠和接受较强电击的小鼠进行比较时,他们发现在接受更强电击的小鼠中,突触连接变得更强。

这项研究通过证实一小组海马体神经元在学习期间连接在一起而形成新的记忆,从而推动了之前的研究取得进展。这项新研究与其他的研究一起证实人们对记忆的很多观点都适应于真实的世界。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Jun-Hyeok Choi, Su-Eon Sim, Ji-il Kim et al. Interregional synaptic maps among engram cells underlie memory formation. Science, 27 Apr 2018, 360(6387):430-435, doi:10.1126/science.aas9204

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