Cell子刊解讀!科學家成功揭示大腦記憶形成的分子機制!

2020年10月21日 訊 /生物谷BIOON/ --試想一下去一家你從未去過的咖啡館，你會記得新環境，但當你一次又一次去這家咖啡館的時候，或許很少會在大腦中形成新的記憶，只有改變的東西才會讓你真的難忘，目前研究人員並不清楚這種長期記憶被調節的分子機制，近日，一項刊登在國際雜誌Current Biology上題為「Ventro-dorsal Hippocampal Pathway Gates Novelty-Induced Contextual Memory Formation」的研究報告中，來自奧地利科學技術學院等機構的科學家們通過研究揭開了記憶形成的新基石，文章中研究人員研究了大腦中海馬體區域的特殊信號通路，同時還揭示了該通路如何控制機體經歷新環境時形成的新記憶。

海馬體是大腦中的中心區域，其在將來自短期記憶的信息轉移到長期記憶中扮演著關鍵的角色，在海馬體眾多相互交錯的部分中，研究人員重點對苔狀細胞（mossy cells）之間的相互連接進行了研究，苔狀細胞能接受關於環境和所謂的顆粒細胞的感覺輸入新信號，在諸如阿爾茲海默病等疾病中，大腦的這部分區域是最先受到影響的部分之一。

圖片來源：Ryuichi Shigemoto

文章中，科學家們使用了四種不同的方法來進行該項研究，首先他們將海馬體置於顯微鏡下來研究什麼樣的結構能促進苔狀細胞連接到顆粒細胞上，從而就能揭示許多複雜的關聯；其次，研究者利用鈣成像技術來實時監測神經元的活性，因為這些被遺傳修飾的細胞被激活時其就會發光，當將動物暴露在一種新環境中幾天後，苔狀細胞向顆粒細胞發送的信號的活性首先會升得很高，隨後就會變得越來越低，當研究者將小鼠置於另外一種新環境時，這種信號活性就會開始升高，這就表明，這些神經元或許與處理新環境信號的輸入有著特殊的關聯。

隨後研究人員追蹤了特殊信號在神經元中留下的痕跡，這些細胞中的神經活性能夠誘發特定基因的表達，這就意味著會產生相應的編碼蛋白質，而且其活性越強，所產生的蛋白質就會越多，而在顆粒細胞中，研究者發現了這種蛋白質的產生每期或與苔狀細胞的活性直接相關。研究人員利用行為研究觀察了海馬體中的信號通路對大腦記憶形成的影響效應，這一點尤為重要，因為闡明記憶形成和機體行為之間的關聯或能告訴我們關於很多大腦功能的信息，研究者將動物模型置於一種新環境中，並使用了一種負向的感官刺激，隨後小鼠很快就會學會將新環境與不愉快的感覺聯繫起來，同時研究者還測定了小鼠在新環境中的負面反應狀況。

當研究者利用藥物來抑制苔狀細胞（接受來自新環境的信號）的活性時就會對其進行負向調節，結果發現，小鼠並不會記得新環境和不愉快感受之間的聯繫，此外，當小鼠首先習慣新環境並根據狀況進行調節時，其機體並不會激活苔狀細胞，而且研究者也並未發現環境和對小鼠衝擊之間的關聯。從另一方面來講，如果人為地激活苔狀細胞，即使小鼠已經適應了新環境，這種關聯仍然會形成，這或許就清楚地揭示了海馬體中的苔狀細胞是如何對新的輸入信號產生反應並且誘發小鼠機體產生新的長期記憶的。

那麼人類大腦中是否存在完全相同的過程，目前對於科學家們而言還是一個疑問，但當前的研究發現或許是幫助理解最複雜器官（大腦）這一部分功能最重要的一步，研究者認為他們未來總有一天能揭開影響大腦記憶的神經變性腦部疾病的發病機制，但這或許還需要一段時間。研究者表示，目前該領域的研究非常激烈，而且新的發現層出不窮，目前關於新記憶的形成有很多爭議，而且本文研究發現也印證了一種現有的假設，從而就為後期科學家們進行更為深入的神經科學領域研究及深入理解大腦的功能奠定了一定的基礎。

只有通過研究動物執行特殊行為時的大腦功能或許才能夠理解大腦是如何儲存和加工信息的，目前除了體外或矽片模型外並沒有其它方法能作為替代研究手段；當然了，後期研究人員還會繼續深入研究更好地理解大腦中記憶形成的過程。（生物谷Bioon.com）

參考資料：

【1】Felipe Fredes，Maria Alejandra Silva，Peter Koppensteiner， et al. Ventro-dorsal Hippocampal Pathway Gates Novelty-Induced Contextual Memory Formation. Current Biology. Published：October 15， 2020. DOI：10.1016/j.cub.2020.09.074

【2】Remembering novelty： Researchers work to better understand process of memory

by Institute of Science and Technology Austria