利用光遺傳學來喚醒你的記憶

日期：2016-06-15 09:06:22

對于復雜的大腦，研究人員一直熱衷于了解它的功能。在新技術的協助下，人們對大腦的了解又多了幾分。在新一期的《BioTechniques》上，Jeffrey Perkel介紹了光遺傳學如何為學習和記憶提供新的見解。

在這個趨向老齡化的社會，阿爾茨海默病（俗稱老年癡呆癥）并不少見。Dheeraj Roy的祖母便是其中的一位。當Roy成為麻省理工學院（MIT）的一名研究生時，發現曾經疼愛他的祖母竟然不認識他。這刺激Roy立志從事一個相關的研究。

幸運的是，Roy所在的實驗室正開展這方面的研究，Susumu Tonegawa教授是1987年的諾貝爾獎獲得者，自90年代以來一直關注神經科學，特別是記憶和學習。Roy現在是Tonegawa教授實驗室中的一員，他們正利用一種強大的工具來了解大腦：光遺傳學。

光遺傳學實現了神經活動的空間、時間以及細胞類型特異的控制。在光遺傳學中，研究人員在特定神經元中表達光敏的離子通道或泵。利用適當波長的光照射那些細胞，研究人員可促使神經元觸發動作電位，從而實時探索神經回路的細胞和分子機制。

據希伯來大學的腦科學助理教授Inbal Goshen介紹，這項技術為記憶研究帶來了兩個優點：時間精確性和細胞特異性。人們多年來利用電極刺激或藥理學來操控大腦的神經元，不過這些技術不能限制在特定的細胞群體，小分子化合物的動力學也太慢。光遺傳學的優勢在于讓感興趣的區域盡可能小。

Roy便利用這種方法來研究阿爾茨海默病的神經功能缺失。傳統觀點認為，早期阿爾茨海默病患者無法記住最近發生的事情，比如他們將鑰匙放在哪里，是因為記憶無法形成。Roy決定直接檢驗這種觀點。

之前，Tonegawa的實驗室利用小鼠模型來證明失憶癥是記憶回想出問題。在那項研究中，用蛋白合成抑制劑茴香霉素處理小鼠后，它似乎不記得腳上一擊的感覺。不過利用光遺傳學激發認知過程中激活的細胞，它又能回想起“丟失的”記憶，但這種影響只是暫時的，當光關閉，失憶癥又出現。

Roy想知道類似的機制是否存在于阿爾茨海默病的患者中。利用小鼠模型，他引入了DNA載體來標記活躍的神經元，重點放在海馬區及其與嗅皮層的連通性。正如預測的那樣，當小鼠被要求記住引起恐懼的東西（一個恐怖的箱子）時，它們無法做到。如果此區域被光遺傳學激活，它們就會愣住，這意味著恐懼記憶形成。更重要的是，Roy及其團隊證明，通過意在加強突觸連接的操作反復刺激細胞，他們甚至能重建沒有光時的記憶。

當然，這種策略不適用于人類，因為它需要大腦的遺傳操控。不過對于Roy而言，結果說明了一種可能的治療策略：利用藥物來加強神經連接。“說實話，我的夢想實驗”是鑒定那些能加強嗅皮層和海馬之間突觸連接的藥物，促進小鼠模型的記憶回想。“對我來說，那是全壘打，”他說。