多篇文章聚焦人類大腦記憶的奧秘!

本文中，小編整理了多篇重要研究成果，共同聚焦人類大腦記憶的奧秘，分享給大家！

圖片來源：Ryuichi Shigemoto

【1】Nature子刊解讀！為何機體大腦擁有學習和記憶功能？

doi：10.1038/s41598-020-71528-3

參與大腦學習和記憶形成的海馬興奮性突觸強度的長期增強（LTP）和長期抑制（LTD）機制已經被科學家們分別進行了解釋，但目前研究人員還並未全面解釋其背後的分子機制；近日，一篇發表在國際雜誌Scientific Reports上題為「Mechanism underlying hippocampal long-term potentiation and depression based on competition between endocytosis and exocytosis of AMPA receptors」的研究報告中，來自日本豐橋技術科學大學等機構的科學家們重點研究了AMPA型穀氨酸受體的胞吐作用（exocytosis）和內吞作用（endocytosis）之間的競爭機制，這兩種過程依賴於湧入到海馬體興奮神經元後突觸中鈣離子的水平，同時研究者還通過進行大規模的數學模型模擬對LTP和LTD進行了全面地理解。

在海馬體興奮性神經元突觸上，N-甲基-D-天門冬氨酸（NMDA）型穀氨酸受體（NMDAR）依賴性的LTP和LTD作用被認為是形成參與學習和記憶形成能力神經迴路所必需的分子基礎，在哺乳動物中目前研究人員已經證實了誘導LTP和LTD的主要因素是突觸後膜中AMPA型受體（AMPAR）的增加和減少，這取決於鈣離子的水平，然而目前研究人員並不清楚AMPAR水平變化背後的分子機制。此外，對於AMPAR向突觸後膜「販運」的主要途徑還存在以下爭議。

【2】Cell子刊解讀！科學家成功揭示大腦記憶形成的分子機制！

doi：10.1016/j.cub.2020.09.074

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。

【3】Nat Neurosci：研究揭示記憶形成的機制

doi：10.1038/s41593-020-00717-0

當大腦形成新體驗的記憶時，稱為engram細胞的神經元會編碼記憶的詳細信息，並在以後我們每次回憶時重新激活。麻省理工學院的一項新研究表明，這一過程是由細胞染色質的大規模重塑控制的。這種重塑使涉及記憶的特定基因變得更加活躍，這種重塑發生在數天的多個階段中。染色質的密度和排列方式的改變（一種高度壓縮的結構，由DNA和稱為組蛋白的蛋白質組成）可以控制特定基因在給定細胞內的活性。

相關研究結果發表在Nature Neuroscience雜誌上。海馬體以及大腦的其他部位都有engram細胞的存在。最近的許多研究表明，這些單元格形成與特定記憶有關，並且當該部分記憶被調用時，這些網絡將被激活。但是，這些記憶的編碼和檢索的分子機制尚不為人所理解；在記憶形成的最初階段，稱為「即時早期基因」的基因會在engram細胞中激活，但這些基因很快會恢復正常的活動水平。麻省理工學院的團隊希望探索在此過程的後期會發生什麼，以協調長期記憶的存儲。

【4】Cell：研究揭示大腦工作記憶新圖譜

doi：10.1016/j.cell.2020.09.011

發表在Cell雜誌上的一篇論文中，研究人員提供了證據，表明工作記憶並不是整齊地局限在一個大腦區域，而是需要至少兩個大腦的同步活動。這一發現挑戰了人們長期以來一直認為工作記憶只是大腦一部分的假設，並有助於科學家查明其遺傳和機制基礎。

研究者表示，事實上，早期研究表明，大腦的某種結構與工作記憶有關。」 「我們的新發現使我們對這些領域是什麼以及它們如何發揮作用提供了更切實的見解。」70年代和80年代的開拓性研究將工作記憶的神經基礎追溯到大腦的前額葉皮層。在那裡，神經元似乎可以通過集體觸發數秒至數分鐘來保存信息，這比單個神經元的毫秒級標準要長得多。但是，僅靠這種機制並不能解釋工作記憶的複雜性。

【5】Sci Rep新發現！體育鍛鍊或與大腦記憶表現之間存在密切關聯！

doi：10.1038/s41598-020-72108-1

近日，一項刊登在國際雜誌Scientific Reports上題為「Effect of acute physical exercise on motor sequence memory」的研究報告中，來自瑞士日內瓦大學等機構的科學家們通過研究發現，運動和大腦記憶或許存在密切關聯。如果運動對機體健康有好處的話，那麼其似乎對大腦健康也有好處，文章中，研究人員通過評估機體運動後的記憶力表現，發現，在自行車上哪怕進行短至15分鐘的強化鍛鍊也能幫助改善大腦記憶力，包括獲得新的運動技能，那麼這是如何做到的呢？研究者發現，這或許是通過一種名為內源性大麻素（endocannabinoids）的分子來增加突觸的可塑性來實現的，本文研究結果強調了鍛鍊對機體健康和教育的重要性，研究人員旨在通過教育計劃和策略來降低神經變性對機體記憶的影響。

很多時候，運動之後（尤其是耐力運動，比如跑步或騎自行車），我們就會感覺到身體和心理上的放鬆，這種感覺的產生就是因為機體在體力消耗過程中所產生的內源性大麻素所致，其會在機體中循環並輕鬆穿越血腦屏障，隨後與特殊的細胞受體結合併誘發機體的興奮感，此外，相同的分子還能結合海馬體上的受體，那麼運動和記憶之間的關聯到底是怎樣的呢？這或許是研究人員需要重點分析的。

圖片來源：CC0 Public Domain

【6】Nat Commun：研究揭示記憶的形成與維持機制

doi：10.1038/s41467-020-18074-8

在最近一項研究中，布裡斯託大學的研究人員在理解記憶如何形成與維持方面中取得了突破。這項發表在Nature Communications雜誌上的研究描述了一種新發現的大腦學習機制，可以穩定記憶並減少它們之間的幹擾。它的發現還為人們如何形成期望並就未來可能發生的情況做出準確的預測提供了新的見解。

當發送和接收來自大腦的信號的神經細胞之間的連接增強時，就會產生記憶。長期以來，該過程與刺激海馬中鄰近神經細胞的連接改變有關，海馬是大腦中對記憶形成至關重要的區域。這些興奮性連接必須與抑制連接平衡，以抑制神經細胞的活動，以實現健康的大腦功能。以前從未考慮過改變抑制連接強度的作用，研究人員發現神經細胞之間的抑制連接可以類似地得到增強。

【7】Brain Behavior & Immunity：大腦受損後記憶如何保持

doi：10.1016/j.bbi.2020.03.035

在最近一項研究中，加州河邊分校的作者發現了TLR4受體對正常和受傷的大腦記憶功能的影響差異 。此外，研究人員發現了TLR4如何調節正常，未受傷的大腦中記憶功能的新機制。該研究在大鼠身上進行，並發表在Brain， Behavior， and Immunity雜誌上，可能有助於開發腦損傷後記憶缺陷的治療方法。

文章作者副教授Viji Santhakumar表示：「記憶缺陷是腦損傷的主要長期不良後果，我們的研究表明，在受傷後一天內給予藥物治療能夠達到改善記憶功能，因此具有重大的臨床意義。」大腦中存在神經元和稱為膠質細胞的非神經元細胞。在正常的大腦中，神經元的活性被TLR4抑制。在受傷的大腦中，TLR4會提高神經元的活動強度。具體而言，在腦損傷後，TLR4增加了大腦海馬體中齒狀回的興奮性，而齒狀回是海馬體記憶處理的重要結構。

【8】Cell Rep：揭秘大腦喚起記憶的分子機制

doi：10.1016/j.celrep.2019.06.053

近日，一項刊登在國際雜誌Cell Reports上的研究報告中，來自佛羅裡達國際大學的科學家們通過研究揭開了大腦如何以正確的順序回憶記憶的機制；相關研究結果有望幫助理解諸如阿爾茲海默病等疾病影響大腦記憶的機制，同時還能幫助開發治療此類疾病的新型療法。

當我們完成任務或者與家人回憶時，以正確的順序調出大腦的記憶是一項非常重要的技能，然而如今其仍然是大腦如何運行的眾多謎團之一。文章中，研究者分析了大腦中不同部分的角色，以及其如何以一定的順序來檢索記憶，研究人員訓練大鼠使其能夠記住氣味的順序，隨後將這些氣味的順序打亂，並讓大鼠對這些氣味進行順序排序，如果大鼠的排序結果是正確的，那麼其就會得到獎勵—水。

【9】Science： 新發現！睡眠時我們的大腦記憶是如何儲存的？

doi：10.1126/science.aay0616

近日，來自法國法蘭西學院生物學跨學科研究中心的科學家們已經表明，我們睡眠時大腦產生的三角波並不會隨著皮質區域的靜止而變得沉默，相反，它們會通過隔離一簇特殊的神經元而有助於長期記憶的形成，相關研究結果發表在Science雜誌上。

當我們睡覺時，海馬體通過產生類似於我們清醒時的信號而自發地自我激活。首先它將信息發送到皮質，皮質隨後做出反應。最後緊跟著的通常是一段沉默期，因此該腦波被稱為「三角波」。然後是被稱為「睡眠紡錘波（sleep spindle）」的有節奏的重複。上述過程是皮質區域信號重組以形成穩定記憶的關鍵。但是，三角波在新記憶形成中的作用仍然令人困惑：為什麼沉默期會中斷海馬體與皮質之間的信息交換以及皮質區域的功能重組？

【10】Science重磅：揭示記憶是如何形成和消退的

doi：10.1126/science.aav9199

為什麼你能記住多年未見的兒時好友的名字，卻很容易忘記剛剛認識的人的名字？換句話說，為什麼有些記憶在幾十年裡保持穩定，而另一些卻在幾分鐘內消失？通過使用老鼠模型，加州理工學院的研究人員現在確定，強大、穩定的記憶是由神經元"團隊"同步激活編碼的，提供了冗餘，使這些記憶能夠持續一段時間。這項研究對於理解大腦損傷後，如中風或阿爾茨海默氏症(Alzheimer's disease)，記憶可能會受到怎樣的影響具有重要意義。

在博士後Walter Gonzalez的帶領下，研究小組開發了一項測試，以檢測老鼠在學習和記憶一個新地方時的神經活動。在實驗中，一隻老鼠被放置在一個直的籠子裡，大約5英尺長，有白色的牆。獨特的符號沿著牆壁標記了不同的位置--例如，最右端附近的加號和靠近中心的斜線。糖水(老鼠的食物)被放在跑道的兩端。在老鼠探索的過程中，研究人員測量了老鼠海馬(大腦中形成新記憶的區域)中特定神經元的活動，已知這些神經元負責編碼位置相關的信息。（生物谷Bioon.com）

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