《自然》雜誌:發現在長期記憶中新的關鍵參與者

2020-11-29 量子認知

發表在這一期的《自然》雜誌上的一篇論文指出,發現了在人的長期記憶中一個新的關鍵參與者。在記憶鞏固過程中,在兩個不同的大腦網絡:興奮性網絡和抑制性網絡中,至少發生兩個不同的過程。興奮性神經元參與創建記憶痕跡,而抑制性神經元則阻止背景噪音並允許進行長期學習。

一個多機構研究團隊,包括由麥吉爾大學的Nahum Sonenberg和Arkady Khoutorsky教授、蒙特婁大學Jean-Claude Lacaille教授、海法大學的Kobi Rosenblum教授領導的研究小組發現,每個神經元系統都可以選擇性地操縱以控制長期記憶。這項研究回答了一個長期存在的問題,即哪些神經元亞型參與了記憶鞏固,這項研究對於治療阿爾茨海默氏病、自閉症等疾病具有潛在的意義,這些疾病涉及改變記憶過程。

尋找與記憶整合有關的神經元

僅持續幾個小時的短期記憶,如何轉變為可能持續數年的長期記憶?數十年來,科學家們一直在探索這一稱為記憶鞏固的過程,它需要在腦細胞中合成新蛋白質。但是一直不清楚該過程涉及到哪些神經元亞型。

短期記憶與長期記憶

為了確定哪些神經元網絡在記憶整合過程中必不可少,研究人員使用轉基因小鼠在特定類型的神經元中操縱一種稱為eIF2α的特定的分子途徑。已經表明該途徑在控制長期記憶的形成和調節神經元中蛋白質合成中起到關鍵作用。較早的研究已經確定eIF2α對神經發育和神經退行性疾病至關重要。

該研究論文題為:「eIF2α通過興奮性和生長抑素神經元控制記憶鞏固」。有人會問:eIF2α是什麼?這裡作個簡要解釋。這需要從一個稱為整合應激反應說起。在外部或內在因素條件下,一個細胞內會觸發整合應激反應(integrated stress response)。

整合應激反應

整合應激反應信號導致真核起始因子2(eIF2α)上的α亞基磷酸化,導致ATF4基因打開,從而進一步影響基因表達。eIF2由三個亞基組成:eIF2α,eIF2β和eIF2γ。

eIF2,英語:eukaryotic Initiation Factor 2,譯為:真核起始因子2,是一個重要的真核起始因子。真核起始因子(eukaryotic initiation factor,簡稱為eIF),又稱為真核翻譯起始因子,是指參與真核翻譯起始這一過程的蛋白質。真核翻譯(Eukaryotic translation是RNA在真核生物中翻譯成蛋白質的生物學過程。真核生物(學名:Eukaryota)指其細胞具有細胞核的單細胞生物和多細胞生物的總稱。

興奮和抑制系統均在記憶整合中發揮作用

研究人員說:「我們發現通過eIF2α刺激海馬興奮性神經元的蛋白質合成足以增強記憶形成和突觸的修飾,突觸是神經元之間的交流部位。」

然而,有趣的是,「我們還發現,在特定抑制神經元和生長抑素中間神經元間,通過eIF2α的蛋白質合成刺激,也足以增強長期記憶,通過調節神經元連接的可塑性來進行。」

「能夠證明這些新的參與者,即抑制性神經元,在記憶整合中起著重要作用,真是令人著迷。 「直到現在,還一直認為eIF2α途徑通過興奮性神經元來調節記憶。」

研究人員總結說:「這些新發現將抑制性神經元,特別是生長抑素細胞,中的蛋白質合成,確定為對諸如阿爾茨海默氏病和自閉症等疾病進行可能的治療幹預的新靶標。」 「我們希望這將有助於設計針對患有記憶缺陷的疾病患者的預防和診斷後治療。」

參考:eIF2α controls memory consolidation via excitatory and somatostatin neurons,Nature.www.nature.com/articles/s41586-020-2805-8

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