人類的大腦是一個很神奇的器官，每當我們經(jīng)歷過新鮮事物后，由這些新的體驗和印象所形成的全新記憶就會被儲存到我們大腦的海馬體以及與其他腦部組織連接的神經(jīng)回路中。就像計算機中的信息分類一樣，不同的神經(jīng)元集群也會儲存記憶的不同方面——例如，在事件發(fā)生的不同地點和時間，我們所產(chǎn)生的情感就被儲存在不同的神經(jīng)元中。
一直以來，研究記憶的神經(jīng)科學家們認為，當我們進行回憶時，大腦所開啟的海馬體回路與最初形成記憶時所激活的回路是相同的。然而，根據(jù)麻省理工學院神經(jīng)科學家們的最新研究發(fā)現(xiàn)，這種“想當然”的認知并不符合實際情況，人類的大腦原來是通過在原有記憶回路上的一個“分支回路”來進行回憶的。
這次具有突破性的論文發(fā)表在 8 月 17 日的《細胞》科學期刊的電子版上。麻省理工學院的 Susumu Tonegawa教授、Dheeraj Roy 博士以及研究科學家北村隆 Takashi Kitamura 是該論文的主要作者，其他作者包括麻省理工學院的博士后 Teruhiro Okuyama 和 Sachie Ogawa以及研究生孫辰（Chen Sun，音譯）。來自麻省理工學院神經(jīng)回路遺傳研究中心的 Yuichi Obata 和 Atsushi Yoshiki 也參與了此論文的寫作。
盡管科學家早就在線蟲等動物的身上發(fā)現(xiàn)了這種“分支回路”，包括在去年發(fā)表的一項研究中就發(fā)現(xiàn)了秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）內(nèi)有類似的回憶回路。但對于脊椎動物而言，這次發(fā)現(xiàn)還是第一次。
為什么海馬體需要兩個不同的回路去形成記憶和回憶呢？ 研究人員認為有兩個可能性： 其一可能性是，兩個回路的交互會使編輯記憶和更新記憶變得更容易——回憶回路被激活的同時，記憶形成回路能夠添加新的信息。
“我們認為，擁有這些并行的腦回路有助于動物先回憶，再在需要時對新信息進行編碼，”參與此次研究的 Dheeraj Roy 博士表示。 “這就像當我們回想起以前的事件時，關于那件事的新內(nèi)容將會被編入現(xiàn)有的記憶中?！?/span>
另一個可能就是會幫助刺激長期壓力反應。研究人員發(fā)現(xiàn)，下托（subiculum，海馬體中尚未被了解的一個區(qū)域）會連接到下丘腦中的一對叫做乳頭狀體（mammillary bodies）的組織，這能刺激人體釋放一種叫皮質激素的壓力荷爾蒙，這種荷爾蒙在人們想到害怕的回憶后還會釋放至少一個小時。
圖丨麻省理工學院 Susumu Tonegawa 教授
參與這項研究的 Susumu Tonegawa （利根川進）教授評價說，“此研究解決了大腦研究領域中的一個基本問題：碎片記憶的形成與找回，而且研究所得的證據(jù)也佐證了一個出人意料的結論：記憶的形成與回憶所通過的神經(jīng)回路是不一樣的。”
Susumu Tonegawa 是麻省理工學院皮考爾學習記憶研究所（Picower Institute for Learning and Memory）的生物與神經(jīng)科學教授、 也是麻省理工學院神經(jīng)回路遺傳研究中心（RIKEN-MIT Center）的負責人。
圖丨大腦中的海馬體
作為大腦中掌管著與記憶相關的部分，海馬體的大部分區(qū)域功能已廣為人知，但人們對于最為神秘的下托（subiculum）區(qū)域還是所知寥寥。為了作出進一步研究，Susumu Tonegawa 使用光遺傳學技術對小鼠進行了遺傳改造，就可以用光控的方式打開或關閉小鼠的下托神經(jīng)元。
在恐懼條件反射實驗中，研究人員把小鼠置于一個特制的試驗間里，并對其進行輕微電擊，以此方法來控制小鼠的記憶細胞。
研究表明，這些記憶的編碼涉及一個稱為 CA1 的海馬體細胞，它會將信息放到一個叫做內(nèi)嗅皮質的大腦結構中。 每個位置都會有一些小型神經(jīng)元子集被激活，形成記憶痕跡（engram）。
圖丨CA1細胞
科學家們早就了解，記憶首先會從 CA1 開始分支，通過下托再連接到內(nèi)嗅皮質。然而，他們尚不清楚這個回路和下托自身的功能。“我們一直以為，形成記憶痕跡的回路與在回憶過程中再次激活細胞的回路是一樣的”，Susumu Tonegawa表示。
在實驗中，如果在經(jīng)歷恐懼前抑制小鼠的下托神經(jīng)元，它們就能夠正常回憶起恐懼的情緒；而若是經(jīng)歷恐懼后再抑制下托神經(jīng)元，小鼠就不會顯示出通常的恐懼反應。也就是說，它們回憶的能力受到了損傷。
這就說明，下托對回憶是必不可少的，但對記憶的形成并不是如此；其他一些實驗表明，回憶并不需要用到從 CA1 到內(nèi)嗅皮質的直接回路，但記憶形成卻需要。
圖丨小白鼠大腦掃描
“我們只是想著探索更多關于下托的功能，卻沒想到會有出人意料的發(fā)現(xiàn)，”利根川進說。雖然實驗目前僅僅對包含情緒（正面和負面）的記憶確認了雙回路系統(tǒng)的存在，但研究人員表示，這個系統(tǒng)應該存在于任何情景記憶中。
斯坦福大學生物工程與神經(jīng)病學與行為科學教授 Karl Deisseroth 說：“這篇論文作為尖端神經(jīng)科學的力作，揭示了記憶的形成與回憶所使用的不同神經(jīng)回路，并指出了它們的重要性?！?/strong>
同時，該研究結果或許還與阿爾茨海默病有關。去年，Susumu Tonegawa 實驗室的研究人員們就發(fā)現(xiàn)，早期患有阿爾茨海默病的小鼠雖然很難回憶起過去的事件，卻仍然能夠形成新的記憶。毫無疑問，這次的研究給科學家們帶來了一些新的啟發(fā)，不排除下托會受到阿爾茨海默病影響的可能性，目前他們還未對此專題進行進一步的研究。
