記憶是消失還是藏起來了?最新研究解碼大腦的遺忘機制

2021-02-24 木倉醫學研習社

長久以來,科學家對記憶的探究都避開了「遺忘」的話題:人們認為「遺忘」就是記憶的消失,「防止遺忘」就是增強記憶的最好方法。

但隨著近幾年神經科學界對遺忘機制的研究,一片複雜的圖景逐漸浮現:遺忘並非簡單的「消除記憶」。「話在嘴邊」現象就是一個例子:突然忘記的名字、生日、手機號,會在一段時間過後突然出現在我們的腦海裡。

在1月21日發表於《自然》的一項研究中,來自美國佛羅裡達州斯克裡普斯研究所的3位神經科學家揭開了這一獨特機制的面紗。

驅動遺忘的「快樂分子」

多巴胺被認為是大腦釋放的「快分樂子」,它是一種常見的神經調質,能為大腦的不同區域傳遞複雜多樣的全局信息。近年,多巴胺在遺忘中的角色漸漸浮現。在一系列實驗中,研究人員不僅確認了多巴胺對內源性遺忘的重要性,還找到了負責促進遺忘的多巴胺神經元,甚至連負責執行遺忘功能的多巴胺受體都得到了確認。所有的這一切,都要多虧黑腹果蠅。

果蠅的大腦有約10萬個神經元——這遠比不上人類大腦的860億個神經元,但果蠅大腦的複雜程度已足以讓我們利用它來探究生物記憶和遺忘。在這10萬個神經元構成的大腦內有一塊名為「後外側前腦1區」(簡稱PPL1)的區域,其中含有12個多巴胺神經元。這12個多巴胺神經元中,許多都向蘑菇體(果蠅的感官信息處理中心)發送信息,在蘑菇體各種神經元的樹突棘(神經元接收信息的主要位置)上釋放多巴胺,從而調控蘑菇體神經元的信號整合。

神經科學家早已根據蘑菇體各種神經元的基因表達和解剖位置,將蘑菇體劃分為許多大區。其中,γ2α』1蘑菇體神經元接收來自PPL1多巴胺神經元的信息,並介導內源性(長期)遺忘。過去的研究支持了多巴胺介導遺忘的角色,這類有關內源性遺忘的研究,為本次研究提供了寶貴的基石。

阻斷了提取但並不破壞記憶本身

在這一項研究中,斯克裡普斯研究所的羅納德·戴維斯與博士生約翰·薩班達爾和博士後研究員雅各布·貝裡一起,順著PPL1送往蘑菇體的信號,試圖揭開瞬時遺忘的神秘機制。

戴維斯等人對果蠅進行了厭惡性嗅覺條件反射訓練。將訓練後的果蠅放入一個T字迷宮裡,在交叉路口的兩邊分別放上「壞氣味」(代表會受到電擊的氣味)和「中性氣味」(未與電擊建立連接的氣味),觀察它們往哪邊走就好了。結果與預想中的一樣:經過訓練的果蠅更傾向於避開「壞氣味」,往「中性氣味」的方向走。

接下來,為了研究瞬時遺忘,戴維斯等人在果蠅選擇「往左還是往右」前,短暫地對它們進行噴氣、電擊或藍光刺激。實驗結果毫不意外:果蠅在幹擾刺激的影響之下暈頭轉向,完全不再迴避「壞氣味」。有趣的是,如果在幹擾後一個小時再次測試果蠅,它們又能回憶起哪個是「壞氣味」,並積極迴避,選擇另一條路。

研究人員通過直接刺激PPL1中的多巴胺神經元,成功抑制了果蠅的回憶,而如果抑制這些多巴胺神經元的輸出,果蠅就不會在幹擾下產生瞬時遺忘。其中,從PPL1到蘑菇體α2α』2部分的多巴胺神經元最為重要。這說明,在蘑菇體α2α』2神經元中,有一個「記憶存儲器」,而多巴胺則充當「門控」的作用。

然而,在瞬時遺忘中,有一點非常重要:這種遺忘是短暫的,在數分鐘到數小時後,回憶能力就會恢復。這說明瞬時遺忘(PPL1-α2α』2多巴胺神經元的活躍)並未磨滅記憶的存儲,而只是簡單地斷開了回憶的「電路」。這也可以通過實驗證實:在多巴胺神經元活躍的果蠅中,蘑菇體內的「記憶神經元」其實跟多巴胺神經元不活躍時一樣活躍。也就是說,多巴胺神經元阻斷了記憶的提取,但並不破壞記憶本身。

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