神奇的大脑记忆是如何形成的？
2017-03-22 生物谷 生物谷
长期以来，很多科学家对大脑的研究非常痴迷，有些研究试图去解析引发多种大脑相关神经变性疾病的发病机理，比如阿尔兹海默氏症、帕金森疾病、精神分裂症等等，而有些研究人员则从更深层次对大脑结构和功能区域进行了探秘研究，从而来解读我们大脑记忆的形成机制。 很多人都有着快乐的童年记忆，当然也有着那些痛苦不堪不愿提及的伤心记忆，那么大脑中这些记忆到底是怎么形成的？又是如何扎根大脑让我们永生不忘呢？
长期以来，很多科学家对大脑的研究非常痴迷，有些研究试图去解析引发多种大脑相关神经变性疾病的发病机理，比如阿尔兹海默氏症、帕金森疾病、精神分裂症等等，而有些研究人员则从更深层次对大脑结构和功能区域进行了探秘研究，从而来解读我们大脑记忆的形成机制。
很多人都有着快乐的童年记忆，当然也有着那些痛苦不堪不愿提及的伤心记忆，那么大脑中这些记忆到底是怎么形成的？又是如何扎根大脑让我们永生不忘呢？很多科学家们对此都有了更为深入的解释，本文中小编就对此进行了盘点，与各位一起学习！
新闻阅读：Brain cells show teamwork in short-term memory
最近一项研究表明，我们大脑中神经元细胞是通过和谐协作，而非单独活动，从而能够有效促进短期记忆的维持
这项研究打破了长久以来人们所认为的单独神经元储存记忆的观念。
"这项研究表明，单个神经元本身并不会在大脑活动中储存信息，但它们能够通过与别的神经元的相互协作完成这一任务"，来自西部大学的研究者Julio Martinez-Trujillo说道："在这一发现的基础上，我们能够更好地理解大脑在提高或抑制工作能力方面的作用，而这一方面的研究能够帮助我们针对各种存在短期记忆问题的症状，例如阿兹海默症、精神分裂症、自闭症、抑郁、注意力不集中等等，起到有效的治疗效果"。
工作记忆是人们学习、保持以及检索短期零散记忆的能力，例如我们去超市买东西时的对商品位置的记忆以及开车时对路线的记忆等等。
doi：10.1038/nn.4505
最近，科学家们发现了一种新的神经元细胞相互交流以调节学习以及长期记忆的方式。
事实上，这一种久未被发现的新的大脑运作机制能够对我们理解大脑工作方式起到帮助作用，以及能够帮我们进一步理解神经推行性疾病，例如阿兹海默症等的发病机制。
人类的大脑中含有数千亿个神经元细胞，每一个细胞与其它细胞之间都存在一万个左右的突触连接。而这些连接之间的信号强弱都取决于多种多样的大脑工作机制，而这些机制则是长久以来科学家们试图去解释的。
直到如今，我们理解的最为清楚的，能够增强细胞间信号传递的机制之一就是LTP（long-term potentiation）。
【3】Nat Neurosci：科学家发现参与人类短期记忆形成的关键神经元
doi：10.1038/nn.4509
神经科学家们最近发现了参与人类大脑创建和维持短期记忆的过程。
“这项研究首次清晰证明了人类脑细胞如何创建和唤醒短期记忆，对参与其中的过程和特定脑区进行证实是开发治疗记忆紊乱的有效方法的一个关键步骤。”文章作者Ueli Rutishauser教授这样说道。
相关研究结果发表在国际学术期刊Natue Neuroscience上。
该研究的结果表明当要求一个人记住一个物体或图片，并在之后重新回忆起来需要一种特定类型的神经元在几秒钟时间内保持活跃。
这些发现揭示了一些关于人类大脑如何储存和维持短期记忆的重要新信息。短期记忆是在几秒到几分钟内记住主意、想法、图片和物体的一种能力，这种能力对于决策和心算来说非常重要。
doi： 10.7554/eLife.21920
美国TSRI研究所的科学家们进行了一项新研究，进一步了解了大脑如何储存记忆，相关研究结果发表在国际学术期刊eLife上。该研究首次证明相同的脑部区域既可以激活一种学习行为也可以抑制相同的行为。
“我们从记忆中学习到将环境与行为关联在一起，因此在一种特定情境下我们的行为也会按照特定的方式来进行，”TSRI研究所的Nobuyoshi Suto教授这样说道。“这项研究提供了能够证明因果关系的证据，表明一个大脑区域可以储存不同记忆。”
科学家们知道我们的记忆被储存在特定的脑部区域，但是关于一个单独的脑部区域是否可以储存控制相反行为的不同记忆存在一些争议。比如，储存红绿灯意义的记忆是否可以储存在同一个脑部区域？
在这项新研究中，Suto等人检测了大鼠如何通过学习按下杠杆来喝到糖水，以及这些记忆的储存位置。
【5】Nat Neurosci：科学家们找到记忆储存的新机制
原始出处：Scientists have figured out how the brain makes new memories while keeping old ones
每当工作繁忙的时候，我们都感觉自己的大脑在不断地排出旧的信息，以期能够容纳新的信息进来。然而，我们的记忆系统十分先进，它能够在不损坏已有记忆的同时高效地吸收新的记忆进来。
研究者们最近开发出一个能够解释这一贯穿我们日常生活的现象背后的机制的模型。
来自哥伦比亚大学的研究者们利用数学模型解释了不同的分子簇是如何串联在一起形成巨大的记忆储存系统的。
他们认为，神经元之间的突触连接强度的变化，反映了新的信号进入使大脑储存记忆的方式。
可以将其形象地描述为一系列的表，它们的开启或关闭指示这神经元突触之间的连接强度。
但表盘只能够有开启或关闭两种形式，这就意味着其还存在局限性，不足以解释大脑储存信息的方式。
DOI： 10.1038/nature19766
大脑通过突触的变化形成记忆。来自杜克大学等研究结构的研究人员进行了一项新研究发现了引起突触变化的意想不到的分子机制。相关研究结果发表在国际学术期刊Nature上，这些发现还对理解一些疾病如特定类型癫痫的发展带来了一些提示。
在获得一段新记忆的时候，一些神经元之间的突触连接会得到加强。神经元负责接收信号的末端会变大。研究人员一直怀疑一种叫做TrkB的脑受体参与学习过程中树突棘的生长，新研究证实这个受体分子确实很重要，研究人员又进一步探索了这个受体如何发挥作用。
研究中使用了一些关键技术，其中包括一项该研究小组开发的分子传感器用来追踪TrkB的活性，他们还用显微镜对活体小鼠脑组织区域的单个树突棘进行实时观察。
研究人员利用谷氨酸作为化学信号刺激树突棘，模拟学习过程中发生的事情，发现谷氨酸能够引起树突棘的生长。而缺少了TrkB受体，树突棘在应答化学信号的时候不会生长。
doi：10.1126/science.aaf3319
法国艾克斯马赛大学的一组研究人员观察到小鼠大脑中存在记忆构建块。他们的论文发表在《科学》杂志上，研究人员描述了他们如何引起某些神经元变得兴奋。
想要弄清楚哪种大脑细胞参与形成记忆是一项艰巨的任务，尽管研究人员通过研究表明，海马体是大脑的主要部分，主要用于处理信息，但直到现在人们还没有真正看到神经元水平的记忆形成机制。在这项新的工作中，研究人员认为通过激活小鼠海马体的神经元可以观察到神经元序列的展开。
更具体地说，当神经元暴露在大量的钙离子指示剂时就会发出荧光，表明神经元已被激活。当小鼠在跑步机上活动时，研究人员能够监控多达1000个神经元的活性。以前的研究也发现，小鼠的大脑细胞会追踪小鼠活动的距离，在这种情况下，当小鼠在跑步机上活动时，它的一组神经序列就会像预测的那样被激活了。这就揭示了研究人员认为的记忆的形成。此外，研究者在小鼠休息后继续监视了同组细胞，发现相同序列的细胞被激活，好像小鼠大脑中的细胞活性被重新激活了。如果小鼠大脑在一段时间内处理这一大块数据，那么相比在最初的观察中神经序列的活动会更兴奋。
DOI： 10.1126/science.aaf3319
科学家们第一次鉴定出了他们称之为可以储存记忆的"房子"。事实上，这是能够储存有关我们曾经以及现在的地理方位信息的神经元。
随着这些特殊神经元的发现，我们有可能能够学习更多大脑记忆形成的机制。
来自法国的研究者们向小鼠的神经元中导入一种荧光蛋白，这种蛋白质能够在细胞钙离子内流的时刻发亮，这能够指示神经元正在激活。
当把小鼠放置于跑步台上时，神经元能够逐步地被激活，这能够指示他们跑步的里程。
当小鼠休息时，神经元同样能够发光，但频率明显加快，而且发光的部位与奔跑时明显不同。
【9】Science新研究为几十年争论提供新证据 找到记忆形成重要基石
DOI： 10.1126/science.aad5252
几十年来，科学家们对于快速眼动睡眠是否直接参与记忆形成争论不休。现在一项发表在国际学术期刊Science上的最新研究表明，快速眼动睡眠确实在记忆形成过程中发挥一定作用--至少在小鼠模型上确实是这样。
这项研究由麦吉尔大学和伯尔尼大学的研究人员共同完成。该研究首次证明快速眼动睡眠对于小鼠正常的空间记忆形成过程具有非常重要的作用。
之前大量研究使用传统实验方法都未能对快速眼动睡眠期的神经活动进行分离。而在这项最新研究中，研究人员使用了光遗传技术，该技术能够精确靶向神经元群体，通过光控制神经元活动。
为了检测小鼠的长期空间记忆，研究人员对小鼠进行了训练，他们将一个新物体放在一个对照环境中，同时还有另外两个与新物体形状体积类似的已经被小鼠所熟悉的物体。研究人员发现小鼠在探索新物体的时候要花费更多时间，表明它们经历了学习和记忆的过程。当这些小鼠处于快速眼动睡眠期，研究人员利用光遗传技术关闭与记忆形成相关的神经元活动，进而研究快速眼动睡眠期是否参与记忆的形成和巩固。
原文报道：Scientists get their first glimpse at how new memories are born
神经学家们发现了大脑记忆形成的新机制，以及当这一过程紊乱时将会发生怎样的后果。
该研究是由来自哥伦比亚大学脑行为研究所的Mortimer B. Zuckerman等人完成的，他们的研究对象是小鼠大脑中新形成的细胞。这种在已有神经回路的基础上产生新神经元的技术被称为“成体神经生成技术”。
这篇文章的通讯作者，神经学助理教授Attila Losonczy解释了这一研究的意义：“我们的技术能够用来比较成体神经元与新生神经元在动物大脑中的差异。这一发现同时向大家揭示了成体神经生成技术在健康与疾病研究中的重要性”。
研究者们重点研究的是一个叫做“齿状回”的大脑结构，这块非常小的区域藏在大脑的深处，因此十分难研究。而这一区域也是大脑中少数能够在出生以后继续生长新生细胞的地方。（大脑中大部分神经元在出生以前就已经发育好了）。
【11】Cell：科学家鉴别出大脑长期记忆背后潜在的生化机制
doi：10.1016/j.cell.2015.11.020
在假期里，我们常常会想起过去的记忆，同时创造新的记忆，但为何过去的有些记忆已经消失但有些人却会一直记住？近日，一项刊登于国际著名杂志Cell上的研究论文中，来自美国斯道尔研究所(Stowers Institute)的科学家就鉴别出了一种可能性的生化机制，即神经元可以通过机体短暂的经历来产生并且维持长效的记忆力。
研究者Kausik Si表示，本文研究发现短期记忆和长期记忆都产生于神经元突触中，即神经元连接处，而短暂的经历—即我们记忆的来源，能够在突触连接的力量上产生一种持久性的改变；为了使得记忆持久不会“褪色”，突触的连接就必须保持强劲，此前研究人员发现，CPEB可以作为一种维持海参突触连接力量的关键突触蛋白，而海参是一种用于研究记忆的模式动物，随后的研究中研究者发现Orb2也可以作为果蝇机体中的类似CPEB突触蛋白的关键蛋白。
doi：10.1016/j.cell.2015.10.062
最近，来自斯克里普斯研究所的研究人员通过研究发现，一对儿大脑蛋白的相互作用或许会对记忆力产生一种重要的效应，相关研究或为开发治疗神经变性疾病的新型药物提供思路；该研究发表于国际杂志Cell上，文章中研究者对两种受体进行了重要研究，其中一种是神经递质多巴胺，其主要参与学习、记忆、奖励激励行为、运动控制及其它功能，另外一种受体为胃饥饿素，其可以同食欲及能量的使用相互连接起来。
研究者Roy Smith教授指出，在动物模型研究中我们发现，当两种受体相互作用时，胃饥饿素受体就会改变多巴胺受体的结构，同时改变其信号通路，这非常重要，因为许多临床药物都是基于此而开发出来的，比如对于精神分裂症而言，患者的依从性会因为反向的副作用而表现的较差，该研究或可利用神经元制剂来通过靶向作用胃饥饿素间接修饰多巴胺，从而降低潜在的副作用。
原始出处：
Petrovic， M.M.， et al. Metabotropic action of postsynaptic kainate receptors triggers hippocampal long-term potentiation. Nat Neurosci， 2017. advance online publication.
Jan Kamiński， et al. Persistently active neurons in human medial frontal and medial temporal lobe support working memory.Nature Neuroscience doi：10.1038/nn.4509.
Suto N, Laque A, De Ness GL et.al.Distinct memory engrams in the infralimbic cortex of rats control opposing environmental actions on a learned behavior.ELIFE
Stephen C. Harward，Nathan G. Hedrick et.al.Autocrine BDNF–TrkB signalling within a single dendritic spine. Nature538，99–103(06 October 2016)doi：10.1038/nature19766
Arnaud Malvache，Susanne Reichinnek，Vincent Villette et.al.Awake hippocampal reactivations project onto orthogonal neuronal assemblies.Science 16 Sep 2016
Richard Boyce， Stephen D. Glasgow， Sylvain Williams et.al.Causal evidence for the role of REM sleep theta rhythm in contextual memory consolidation.Science 13 May 2016
Mohammed Repon Khan， Liying Li， Consuelo Pérez-Sánchez et.al.Amyloidogenic Oligomerization Transforms Drosophila Orb2 from a Translation Repressor to an Activator .Cell
Andras Kern， Maria Mavrikaki， Celine Ullrich et.al.Hippocampal Dopamine/DRD1 Signaling Dependent on the Ghrelin Receptor.Cell [2015， 163(5)：1176-1190]
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很好，学习值得分享！
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